马海涛（黑龙江省国土资源勘测规划院，哈尔滨，150056）摘要：卫星影像的坐标准确性对土地利用数据库更新至关重要，根据鸡西市的遥感数据源应用ERDAS IMAGINE 对鸡西市遥感影像进行校正和误差分析，探讨卫星遥感影像的内部、外部误差产生原因。关键词：卫星影像；遥感；误差；正射；DEM1 高分辨率卫星遥感技术现状及应用前景高分辨率的卫星影像通常指像素的空间分辨率在10 m以内的遥感影像。早期高分辨率传感器的研制与应用主要是在军事领域，以大比例尺遥感制图、对地物的分析和监测人类活动为目的，20 世纪90年代以后才逐渐进入商业和民用领域的范围，并迅速地发展起来。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。1999年10月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功，结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史。同时我国还建立了多个国家级遥感应用机构，这些遥感应用机构广泛地开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务。高分辨率卫星遥感影像的出现使得在较小的空间尺度上观察地表的细节变化，进行大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为可能，具有广阔的应用前景。高空间分辨率图像数据和地理信息系统紧密结合，它已经在城市生态环境评价、地形图更新、地籍调查、精准农业等方面被证实有巨大的应用潜力。2 遥感影像的处理流程遥感影像从接收到最后的应用一般要经过以下几个步骤（图1）：3 鸡西市影像数据源与遥感影像的变形原因1 鸡西市影像数据源鸡西市影像数据源为 SOPT－5 卫星数据，A1 级数据，共两景。图1 遥感影像处理流程轨道编号：305－258；307－258成像时间：2005/11/22；2005/11/12入射角度：R52；R28SPOT 对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展的，参与的国家还有比利时和瑞典。SPOT－5 分辨率为5m，成像方式为 CCD 阵列推扫成像，具体参数见表1。表1 SPOT-5 卫星参数SPOT 影像产品共分为5 级：1A 级：图像仅做辐射校正，无几何校正。1B 级：在1A 级基础上，做部分几何校正，校正了全景变形和地球自转及曲率、轨道高度变化等带来的变形。2A 级：加入了标准地图投影。2B 级：地理校正，加入了大地控制点和平均高度改正。正射级：完全地理校正，经数字高程模型处理，消除了因地形起伏而导致的投影误差。2 遥感影像变形原因及误差来源分析遥感影像的总体变形是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。遥感数据接收后，首先由接收部门根据遥感平台、地球自身、传感器的各种参数进行校正处理，根据预处理的级别不同，提供影像的等级也不同。1 遥感平台位置和运动状态变化的影响无论是飞机还是卫星，运动过程中都会由于种种原因产生飞行姿态的变化从而引起影像变形。（1）偏航 指遥感平台在前进过程中，相对于原前进航向偏转了一个小角度，从而引起扫描行方向的变化，导致图像的倾斜畸变，如图2 （a）。（2）航速 卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不均匀，航速快时，扫描带超前；航速慢时，扫描带滞后。由此可导致图像在卫星前进方向上（图像上下方向）的位置错动，如图2 （b）。（3）航高 当平台运动过程中受到力学因素影响，产生相对于原标准航高偏离，或者说卫星运行的轨道本身就是椭圆的。航高始终发生变化，而传感器的扫描视场角不变，导致图像扫描行对应的地面长度发生变化。航高越往高处偏离，图像对应的地面越宽，如图2 （c）。（4）俯仰 遥感平台的俯仰变化能引起图像上下方向的变化，即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动，如图2 （d）。（5）翻滚 遥感平台姿势翻滚指以前进方向为轴旋转了一个角度，可导致星下点在扫描线方向偏移，使整个图像的行向翻滚角引起偏离的方向错动，如图2 （e）。图2 遥感平台位置与运动状态改变对图像的影响2 地形起伏的影响当地形存在起伏时，会产生局部像点的位移，使原来本应是地面点的像点被同一位置上某高点的像点代替。3 地球表面曲率的影响地球是椭球体，因此地球的表面是曲面。曲面主要影响两个方面，一是像点位置的移动，二是像元对应于地面宽度的不等。当传感器扫描角度即入射角度较大时，影响更加突出，造成边缘景物在图像显示时被压缩。假定原地面真实景物是一条直线，成像时中心窄、边缘宽，单图像显示时像元大小相同，这时直线被显示成反 S 形弯曲，这种现象又叫全景畸变。4 大气折射的影响大气折射的影响即大气对辐射的传播产生折射。由于大气的密度分布从下向上越来越小，折射率不断变化，因此折射后的辐射传播不再是直线而是一条曲线，从而导致传感器接收的像点发生位移。5 地球自转的影响卫星行进过程中，传感器对地面扫描获得图像时，由于地球自转会产生影像偏离。因为多数卫星在轨道运行的降段接收图像，即卫星自北向南运动，这时地球自西向东自转，结果使卫星的星下点位置逐渐产生偏离。通过以上对遥感图像的变形分析，大致可以看出误差基本可以分为三类：遥感器本身引起的内部误差，随遥感器的结构、特性和工作方式的不同而异，此类误差一般较小；外界因素引起的外部误差，如上对遥感影像变形原因的分析；处理过程中产生的处理误差，即人为误差。4 鸡西市遥感影像的正射校正1 鸡西市自然条件及数据资料1 自然条件鸡西市位于黑龙江省东南部，素有“北国春城”之美誉。西与牡丹江市的林口县、穆棱县接壤，北与双鸭山市的饶河县、宝清县和七台河市区、勃利县相连，东以乌苏里江、松阿察河，南以兴凯湖、白棱河及陆地边界与俄罗斯毗邻，是省内东部边境城市，国境线长5km。鸡西市行政辖区内有六区二县一市，辖区土地总面积为46km2。鸡西市有丰富的矿产资源，旅游景点星罗棋布，冰雪、湖泊、湿地、森林古墓遗址等特色旅游资源丰富，地形较为复杂。2 数据资料鸡西市采用2 景 SPOT－5 数据和14 幅1∶5 万 DEM，全覆盖鸡西市六区。原始 DEM 为1∶50000 数字高程模型、GRID 格式、等高距10 m、1980 西安坐标系、1985年国家高程基准、高斯－克吕格投影、6 度分带。控制点采取 GPS 实测控制点，2 景影像共实测80个GPS点。2 鸡西市影像纠正工作流程1 控制点选取及 DEM 数据处理每景影像选取40个控制点，由外业人员实地GPS 测算大地坐标，由于其他各种环境因素的限制，按照原刺点测量的36个，其余4个点由外业测绘人员根据实际情况选取相邻近明显地物点测量，并在底图上作标记，记录详细点之记。GPS 型号为南方灵锐 S80；精度5 mm＋1 ppm。图3 影像纠正工作流程原始 DEM 共14 幅，国家测绘局标准格式，为1∶50000 数字高程模型、GRID 格式、等高距10 m、1980 西安坐标系、1985年国家高程基准、高斯－克吕格投影、6 度带。最终影像需要校正到1954 北京坐标系，3 度带，因此 DEM 也需校正到此坐标系。采取先转换格式、再镶嵌为一个文件、最后进行1954 坐标系转1980 坐标系并投影到3度带。经处理后 DEM 为1∶50000 数字高程模型、格式为 IMG 格式、等高距10 M、1954 北京坐标系、高斯－克吕格投影、3 度带。所有 DEM 数据镶嵌为一个IMG文件，覆盖整个监测区。2 全色影像的纠正作业软件采用 ERDAS 7，由软件读取原始全色影像的 DIM 文件，将卫星参数加入到纠正模型中，再加入处理后的 DEM 数据，此时的全色影像数据已具有比较粗略的地理坐标，误差仍很大，根据影像上的特征地物点输入外业实测的 GPS 点位坐标，对GPS 点位对应的影像特征地物点进行微调，使其位置更接近于真实坐标，缩小控制点误差。对误差很大的点位进行原因分析，根据具体情况进行调整和删减，满足校正条件后对影像进行纠正处理。影像重采样分辨率为5m，重采样方法为三次卷积处理。影像控制点坐标分布及纠正误差如表2所示。应用高分辨率影像进行校正中，对于数据源的选取很重要，不同卫星、不同时像、不同质量的卫星影像对采取的校正方法和最后的校正精度有较大的影响。对于山区来说，DEM数据至关重要。良好的卫星影像、精确的特征地物点坐标和适宜的DEM数据可以把卫星影像纠正中的外部误差因素降到最低。表2 鸡西市纠正影像 307 -258 景控制点残差统计参考文献胡明成卫星遥感技术的发展和最新成就［J］测绘科学，2000，25 （1）仇肇悦，李军，郭宏俊遥感应用技术［M］武汉：武汉测绘科技大学出版社1995孙家炳遥感原理与应用［M］，武汉：武汉大学出版社2003梅安新等遥感导论［M］，北京：高等教育出版社2003党安荣，王晓东，陈小峰等ERDAS IMAGINE 遥感图像处理方法［M］北京：清华大学出版社，2003CH/T 1008－基础地理信息数字产品1∶10000、1∶50000数字高程模型［S］北京：中国标准出版社，2001
邝生爱当今，遥感、地理信息系统、全球定位系统和信息网络等高新技术，已成为一门新的信息产业正在蓬勃兴起，并快速渗透到各学科领域、国民经济和人们生活之中，推动着科技和社会向更高的层次发展。1 几个概念1 遥感（Remote Sensing）远距离感知目标物或远距离探测目标物的物性。“遥”具有空间概念，即近地空间、外层空间乃至宇宙空间。“感”表示信息系统，包括信息获取和传输、信息加工和提取、信息分析和可视化系统等。所谓目标物即观测对象，就地学而言，有地表物体、地质体、地学事件等。关于目标物的物性，主要指物体对电磁辐射的特性。人们利用物体波谱特性差异达到识别物体的目的，因而地物波谱特性成为遥感地学的重要理论基础。遥感图像处理系统（Remote Sensing Image Processing System）：借助光学仪器和计算机设备对遥感图像进行加工、分析、综合和可视化的系统，目前常用的是计算机遥感数字图像处理系统。2 地理信息系统（Geographic Information System）在计算机支持下，采集、存储、管理、分析、综合和描述与地理分布有关的地理空间信息系统。3 遥感地理信息系统（RS-GIS）泛指遥感图像处理系统和地理信息系统的集成、一体化。4 全球定位系统（Global Positioning System）借助多卫星进行全球导航和定位的系统。2 发展概况1 一门新的信息产业正在兴起遥感、地理信息系统、全球定位系统和信息网络是近几十年来才发展起来的高新技术，由于他们具有很强的先进性和实用性，在很短的时间内由新技术转化成新产业，形成自身的产品、产值、市场，并产生出巨大的经济社会效益。产业的兴起反过来又加速他们的发展和相互融合，形成新的学科和技术方法，并渗透到其他学科领域和社会经济部门。1 遥感（RS）航空、航天遥感使得人们能快速准确地获得大地域范围以致全球的各种信息，如气象预报、资源分布、灾害监测、环境污染等，所以各国竞相发展遥感事业。航天遥感：苏联于1957年10月4日发射第一颗人造地球卫星以来，各国都以极大的热情和庞大的经济预算来开展航天遥感，特别是美国以极快的速度和惊人的成果展现于世。美国于20世纪60～70年代先后发射了气象卫星、资源卫星，开拓了航天飞机、地球空间站，向太空发射了多个探测器探测月球、火星、木星等行星和天体。法国、俄罗斯、加拿大、日本、印度等国也相继发射了相应的资源卫星。中国已有自己的气象卫星和资源卫星，实现了载人航天飞行，拟定了探月和太阳系行星的计划。遥感探测地面分辨率已达到米（m）级，波谱分辨率已达到纳米（nm）级，重复周期几天至几小时。在科学和经济部门的应用逐日普及，应用效果十分显著，很多部门已把遥感技术纳入到生产规范之中。科研部门和院校已设有相应的专业，正在批量的培养遥感技术人才，国家和政府部门已有相应的遥感中心和站点专门从事遥感数据的获取、分发和使用。所有这些在发达国家和我国都已形成了遥感信息产业，并有了相当规模的产值和快速发展前景。航空遥感：应用飞机获取一定地域范围的遥感图像已成为平常事。就中国而言一些大中城市和一些沿海经济发达区都已飞行获得多个时段的遥感图像，用于城市规划和城市发展监测，如北京、上海、天津、武汉、西安、沈阳、环渤海湾、长江三角洲、长江流域、珠江三角洲等城市和地区。遥感图像在图像处理系统的加工、增强、分析和综合处理下大大改善图像质量，提取各种专题信息来满足广大用户的要求。图像处理软件层出不穷、功能越来越强大。图像处理硬件随着计算机的快速发展，形成了大、中、小型的处理系统以满足国家、地区和个人的各种需求，特别是微机处理系统已相当普及。由上可知，遥感技术的快速发展是与空间技术和计算机技术日新月异密不可分的。除此之外，在下面几个方面，遥感技术方法和理论开拓创新起着十分重要的作用：传感器——有摄像机、扫描仪、温度辐射计、微波辐射计、荧光辐射计等；波段——有近紫外、可见光、近红外、中红外、远红外、微波等；重复周期——由早期的几十天到现在几天到几个小时；分辨率——空间分辨率由几十米到几厘米，波谱分辨率由微米（μm）到纳米（nm）级；图像处理方法——由一般的增强、提取信息到人机交互对话、半自动识别；波谱信息——有实测地物波谱到直接从图像中提取或光谱重建；多尺度——由单一尺度发展到多种不同尺度图像融合；多数据源——由少数几种数据源发展到多种平台数据源，遥感信息和其他信息一起进行多元信息综合；理论拓宽——图像处理的理论依据由原来的概率统计理论拓宽到非线性理论、人工智能等多个领域。所以多波段、多时相、多尺度、多数据、高精度和快速，形成了遥感技术的很多特色，再加上图像处理技术和信息提取方法，使得遥感应用领域越来越宽，在某些行业已不可代替。2 地理信息系统（GIS）20世纪50年代，在欧洲刚刚萌芽的土地信息系统（LIS），其功能十分简单。到70年代随着计算机的快速发展，实用化的GIS已在美国、加拿大、德国、法国、瑞典、日本和澳大利亚相继出现。80年代GIS已进入普及和推广应用阶段，世界各国在基础GIS软件和应用软件的开发上取得突破性进展，其代表性的软件有ARCINFOR、MAPGIS等，在土地利用管理、城市规划、人口规划、资源管理、交通运输管理、安全管理等方面成为有关部门的必备工具。90年代随着GIS的深入发展和数字化产品的普及，数字城市、数字生活、数字地球的时代已经到来，GIS与其他学科的结合，地理信息的产业化已不可避免（标准化、信息共享、计算机软、硬件资源共享等）。3 全球定位系统（GPS）为军事目的服务的卫星导航、定位系统，现已向全球开放，人们在地球的任何地方都可以快速获取相应的地理坐标位置，只需持一个小小的定位接收器便可如愿。美国已发展到第三代定位系统，欧盟也在确立自己的“伽利略”计划，中国也有自己的定位系统（三个星），并与“伽利略”计划合作。4 信息网络20世纪70～80年代，人们为使得到的信息及计算机硬软件资源的共享，发展了计算机联网，出现了局域网络（如一个单位、一个局部地区），这些网络一出现就显示了极大的优越性，人们坐在自己的终端前就可调用他人、他部门的信息和享用别人计算机中的资源。80～90年代，人们可以跨区、跨国界以至国际间的通讯网络快速获取有关信息，网络以进入千家万户。随着无线通讯的普及化，人们可随时随地进出网络，网络已成为人们生活中不可缺少的东西。尽管网络会出现各种负面效应，但其发展趋势不减。上述几个方面的科技进步和产业化告知我们，遥感和全球定位系统快速获取目标物的信息，以地理信息系统作为载体，快速流动在国际网络上，“信息高速公路”已经开通，信息革命正在我们身边发生，数字地球的时代即将到来。2 人们的思维方式和行为正在发生变化1 由宏观到微观、由整体到局部的思维方式遥感的出现使得人们有可能从大地域范围以致全球角度，从宏观、整体上认识很多问题，使得局部不能认识的，从整体得到，使人们的思维方式更加全面、完整，使得事物的整体与局部的关系具体、明确，可避免“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的片面思维方式。2 一套全新的技术路线和工作方法遥感图像处理不仅能给我们改善图像质量、增强和提取信息，更重要的是提供了信息综合、图像识别半自动化以及自动成图的技术前景。地理信息系统提供了空间信息的存储、分析和成图功能，实现地理信息系统成图的自动化，大大减轻了人们的劳动力。网络使人们对社会已有的信息和计算机资源实现全球共享，加速信息传播，真可谓“秀才不出门，便知天下事”。3 出现了新的学科体系和机构以遥感为基础的学科有：遥感地质学、环境遥感学、农业遥感学、城市遥感学、资源遥感学等。建立了很多的遥感机构：资源卫星发射机构、地面卫星数据接收站、遥感应用研究部门和遥感学科的专业及培训中心等。以地理信息为基础的有：地理信息学，信息工程学等。建立了地理信息中心、站点、资源与环境遥感信息系统实验室及学术团体等。4 政府的决策行为西方国家政府正采取措施加速遥感发展和促使地理信息系统进一步产业化、标准化、国际化。中国政府也十分重视，有关部门正采取对策加速遥感、地理信息系统的发展。3 新进展和发展趋势1 RS技术新进展与趋势1 遥感数据获取正在出现三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率）的新技术和趋势多平台——如低、中、高轨道卫星，大、中、小、微型卫星等。多传感器——如同一平台上装有摄像机、扫描仪、热成像仪、不同空间分辨率的成像仪等。多角度——如垂向与侧向多角度成像。高空间分辨率——如米级、厘米级的地面分辨率。高光谱分辨率——如纳米级的波谱分辨率（如可见光波谱范围内分出十几个等级）。高时相分辨率——如可重复观测的时间段达到小时级。2 遥感图像处理正在出现新技术方法海量数据压缩，数据融合，大地域图像无缝镶嵌，光谱重建，混合光谱分析，超多维光谱图像信息显示，信息提取模型化，智能化处理的理论与方法，SAR信息处理与成像理论，多波段多极化影像分析方法等技术新进展和趋势。当高空间和高光谱分辨率遥感出现后，提出了一系列的技术方法问题：分辨率的提高遥感数据量呈几何数量级上升，成为所谓的“海量数据”，要处理这些海量数据自然受到存储、速度和时间的制约，所以就要进行数据压缩；高光谱分辨率可以使我们识别出更“精细”的地物，如何从图像的混合光谱中分离、重建和多维显示这些精心地物的光谱就成为技术方法的关键。同一平台可获得不同地面分辨率的数据，如何让不同地面分辨率的数据满足不同尺度的实际需要，数据融合必不可少，而数据融合又受到几何精度和波谱保真的限制，为满足实际需要又有兼顾两个方面，所以出现了各种各样的融合方法。大地域范围是遥感的优势，但是一景卫星遥感图像覆盖地面的范围总有一定的限度，而这个限度还随着地面分辨率的提高在缩小。当今人们的需求远远的超出这个限制，如几十至几百平方公里的地域，就需要几十景至几百景的图像镶嵌，这么多景图像可能出现由于时间差异带来的色彩、色调的不协调，为使整体图像的协调一致，无缝镶嵌技术应运而生。2 GIS技术新发展与趋势属性数据与空间数据库管理一体化；多种数据格式转换；基础地理信息系统的通用化、标准化；专业应用二次开发；WebGIS开发与完善等。3 GPS技术新进展与发展趋势高精度第三代GPS；“伽利略”GPS系统。4 RS-GIS-GPS集成一体化（略）4 地学应用及实例1 地学应用现在的遥感地理信息系统在地学中的应用十分广泛，虽然应用的先后和效果不尽相同，但都受到人们的关注和重视，有的已经成为行业规范。据不完全统计，可分为如下几个方面：（1）区域地质调查应用，（2）矿产资源调查应用，（3）水资源与水环境监测应用，（4）土地利用监测应用，（5）土地荒漠化监测应用，（6）海岸带资源开发与环境保护应用，（7）海洋岛礁及浅海海底地形调查应用，（8）生态环境监测应用，（9）区域地质环境调查应用，（10）灾害监测应用，（11）城市规划应用（含数字城市），（12）区域规划应用。…………2 实例至今，应用实例不胜枚举，但有两个方面值得注意：一方面是前人应用中带有规律性的认识和成果，另一方面是前沿探索性的成果。1 带有规律性的认识和成果前人所作的带有规律性的认识和成果也是相当的丰富，都值得我们去认真吸取，而作为有限教学时间内的教学内容，只能略举一、二。依笔者认为，无论遥感地理信息系统在哪方面的应用，信息提取技术方法是共同的，也是解决实际问题的技术关键，所以用三个不同领域的实例说明遥感地学信息提取模式的共性和特性。遥感地学信息提取模式：实例一：遥感在金矿地质调查中应用，实例二：遥感在土地荒漠化监测中的应用，实例三：遥感在盐湖监测中应用。2 前沿探索性成果在众多前沿探索性成果中，笔者认为高光谱遥感在识别矿物方面的应用是当前的难点和热点。实例：“高光谱遥感矿物填图研究”（略）5 理论、技术方法问题1 理论问题1 地物的异物同谱或同谱异物问题前面已提到，地物电磁辐射特性是遥感最基础的理论，人们利用地物波谱特性差异来识别不同地物。但是在实际应用中，存在异物同谱或同谱异物的现象，即不同地物有相同的波谱特征，这时遥感就不能发挥作用。2 地物分布的随机性和非随机性遥感应用中，普遍认为在一较大的地域范围内，地物分布是随机的，于是可借用概率统计的一套方法来增强和提取目标地物信息，这样做往往获得成功，所以在图像处理软件中有一套完善的方法来满足专题信息提取的要求。但实际地物的分布还存在着非随机性，那么概率统计方法失效。例如有些地物分布存在着自相似性，人们采用非线性的分形分维方法加以解决。例如还有模糊理论、人工智能理论来完成相应的任务。2 技术方法问题1 实测地物波谱与遥感图像波谱的不一致性实测地物波谱有室内标准样品波谱和野外实测地物波谱。遥感图像波谱是瞬间获得的实时像元混合光谱。二者在观测时间上和像元分辨率上都存在差异，其波谱显然有差异，有时还会很大，这就需要分析和处理。2 地物图像波谱的时效性和地域性有些地物的图像波谱会随着时相的不同而变化，如植被、土壤等，这种变化可称为时效性；有些地物波谱会随着地域的不同变化，如同一种岩石在潮湿地区和干旱地区，其波谱有差异，这叫地域性。在应用时必须注意这些特性，并采取必要的方法。3 地物信息增强和提取方法的不唯一性遥感图像地物信息增强和提取方法众多，虽然有不少方法是公认的但不是唯一的。特别是在增强和提取隐信息和微弱信息时，有些方法不奏效，并不等同不能提取，而可能是还没有找到合适的方法，有待深入探讨。参考文献陈述彭等遥感大辞典北京：科学出版社陈述彭等遥感资源纲要北京：科学出版社马霭乃遥感信息模型北京：北京大学出版社陈述彭遥感信息机理研究北京：科学出版社傅肃性遥感专题分析与地学图谱北京：科学出版社李树楷遥感时空信息集成技术及其应用北京：科学出版社曾志远等卫星遥感图像计算机分类及地学应用研究北京：科学出版社魏钟铨合成孔径雷达卫星北京：科学出版社孙天纵等城市遥感上海：上海科学技术文献出版社国土资源遥感（季刊）1990年至今各期用户简讯中国科学院遥感卫星地面站（季刊）1998年至今各期陈建飞译地理信息系统导论北京：科学出版社何建邦等地理信息共享的原理与方法北京：科学出版社李洪涛GPS应用程序设计北京：科学出版社地理信息世界中国地理信息系统协会（季刊）1995年至今各期张永生等高分辨遥感卫星应用——成像模型、处理算法与应用技术北京：科学出版社赵英时等遥感应用分析原理与方法北京：科学出版社承继成等遥感数据的不确定性问题北京：科学出版社钱乐祥遥感数字影像处理与地理特征提取北京：科学出版社李天文GPS原理与应用北京：科学出版社汤国安等遥感数字图像处理北京：科学出版社邝生爱等农牧交错带土地沙化遥感监测国土资源遥感田淑芳等西藏扎布耶盐湖总盐含量遥感定量分析现代地质，2005年第19卷，第4期
森林资源调查中SPOT5遥感图像处理方法探讨 王照利、黄生、张敏中、马胜利 （国家林业局西北林业规划设计院，遥感计算中心，西安710048） 本文发表于＜陕西林业科技＞2005 N1 P27-29,55 摘要： 目前，多光谱、高空间分辨率的SPOT5卫星遥感数据被广泛应用到森林资源调查中。本文结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的处理和信息提取。探讨性地提出了适应于森林资源调查的SPOT5遥感数据处理方法。 关键词：SPOT5 遥感数据，森林资源调查、数据处理 DISCUSSION ON SPOT5 IMAGE DATA PROCESSING FOR FOREST INVENTORY Wang Zhaoli, Huangsheng,Zhangminzhong,Ma Shengli (Northwest Institute for Forest Inventory, Planning &Design, Xi’an China 710048) Abstract: Now days, high spatial resolution and multispectral SPOT5 image data are widely applied in forest inventory in C Based on the characteristics of SPOT5 image and requirements of forest inventory, this paper discusses the processing procedures of ordering image data, ortho-rectification, image bands composition and image data The complete steps of image processing for forest inventory are Key words: SPOT5 image data，forest inventory, data processing 前言 卫星遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率（光谱和空间）、多时相、周期性、信息量丰富等特点，所以卫星遥感影像既可以提供森林资源的宏观空间分布信息又能提供局部的详细信息以及随时间、空间变化的信息等[1]。目前在林业领域卫星遥感数据被广泛的应用于不同尺度层次的森林资源调查、资源监测、病虫害、火灾监测等方面。 2002年5月法国SPOT地球观测卫星系列之5号卫星（即SPOT5星）发射。SPOT5遥感数据的多光谱波段空间分辨率为10米（短波红外空间分辨率为20米），但全色波段空间分辨率达到5米。SPOT5遥感数据的高空间分辨率和多光谱分辨率为森林资源调查提供了丰富的、可靠的、高精度的基础数据源。从性价比分析，在其他高分辨率遥感数据目前比较昂贵的状况下，SPOT5遥感数据比较适宜应用于大面积的森林资源调查，可大幅度的森林调查的减少外业工作量、提高工作效率。在我国SPOT5卫星数据已被大量地应用于森林资源调查工作中，尤其，是在森林资源“二类”调查中被作基本的森林资源信息源提取各类信息。针对于将多光谱分辨率和高空间分辨率的SPOT5遥感数据应用于森林资源调查的数据处理技术和方法鲜有报道。本文总结工作实践，结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的订购、正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的基本处理方法。 1．SPOT5卫星遥感数据特点 SPOT卫星系统采用线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转式平面镜可以进行倾斜观察获得倾斜图像和立体像对。采用与太阳同步的近极地的椭圆形轨道，轨道高度约832Km，轨道倾角7o ，每天绕地球14圈多，重复覆盖周期26天[2]。由于有倾斜观测功能，使重复覆盖周期减少到2-3天。SPOT5卫星载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像装置（HRS）和1台宽视域植被探测仪（VGT）。高分辨率几何成像仪的波段选择是总结了多年的研究成果，认为HRG的波段设置（见表1）足以取得辨别作物和植被类型的最佳效果。本文主要探讨HRG高空间分辨率数据的处理。 2．SPOT5数据的处理方法和过程 SPOT5数据处理工作流程： 1 遥感数据的订购 订购数据时，用户需向数据代理商提供购买区域的四个角的大地坐标或者数据的景号（PATH/ROW）。特别应该注意数据订购时间和用户拿到数据之间有时间差，间隔时间长短因用户的要求、天气、卫星重复覆盖周期而异。相对于其他卫星数据，比较有利的一面是SPOT5卫星装置有旋转式平面镜可以进行倾斜观察，用户可向代理商申请红色编程提前得到调查区域的遥感数据，但要支付编程费。对于遥感数据的时相、云量、入射角、阴影量、是否购买高空间分辨率的全色波段等用户根据自己具体的工作需要向代理商提出限制要求。 根据我们对SPOT5遥感数据的使用，对于森林资源调查，北方9，10月份和11月初的遥感影像比较适宜。代理商向用户提供经过处理的不同级别的影像产品，在森林资源调查中建议购买SPOT1A级产品，用户可根据自己的工作需要进行处理，同时也可减少费用。 2 基础数据准备 大比例尺地形图和高精度DEM是进行SPOT5遥感数据高精度正射校正必需的基础地理数据。建议购买1：10000地形图和1：25000数字高程模型（DEM）。 将1：1万地形图扫描，扫描分辨率设置为300DPI。将扫描好的地形图进行几何精纠正，纠正精度控制在3毫米内。从测绘部门购买的1：1万地形图为北京54坐标系3度分带高斯克吕格投影，而1：5万DEM为北京54坐标系6度分带投影。在数据准备时，将校正好的1：1万地形图通过换带转换转成和DEM一致的6度分带投影。 对于没有1：1万地形图的地区，建议使用差分GPS接收机采集地面控制点。 3几何正射校正 正射校正过程应用了法国SPOT公司发行的GEOIMAGE软件。GEOIMAGE软件有针对SPOT5卫星数据开发的SPOT5物理模型。模型模块自动读取DEM信息。SPOT 物理模型可读取卫星在获取遥感数据的瞬间状态参数，这些参数存贮在数据的头文件中[3]。卫星状态参数包括：卫星成像瞬间的经纬度、高度、倾角等。卫星状态参数能够帮助提高几何校正的精度。 以校正好的1：1万地形图为基准，在影像图上找出和地形图上地物相匹配的明显地物作为地面控制点。在进行正射校正时，应先进行全色波段数据校正，然后以校正好的全色波段数据为基准进行多光谱数据校正。以全色波段数据为基准校正多光谱波段就比较容易校正，且能提高两者的匹配精度。地面控制点应分布均匀，影像的边缘部分布要有控制点分布，同时在不同的高程范围最好都有控制点。地面控制点的数量因地形地貌的复杂程度而定，根据我们的经验，一景60KmX60Km的SPOT5数据，一般地势平缓的地区20个左右控制点即可达到满意的结果，在高山区25个左右控制点就可使正射校正精度满足要求。重采样方法采用双线性内插法。 4 辐射校正 用户购买的SPOT5的各级数据，数据提供商已经根据卫星的记录参数对遥感数据做了辐射校正，即消除了传感器自身引起的、大气辐射引起的辐射噪声。若果影像存在薄雾或地形高差较大引起的辐射误差情况，用户应进一步进行辐射校正处理。薄雾的简单消除原理是基于近红外波段不受大气辐射影响，清澈的水体或死阴影区的数值应为零。从各波段数据中减去近红外波段的水体或阴影的不为零值。地形起伏引起的辐射误差校正公式: f (x,y)=g(x,y)/cosa，g(x,y)为坡度为a的倾斜面上的地物影像；f (x,y)为校正后的影像。由于坡度因子参与校正所以需要DEM支持。 5 波段组合 根据SPOT5数据波谱特征（表1），各波段分别记录反映了植被的不同特征方面：B4（SWIR）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感。经过比较分析和实际应用发现SPOT5的B3、B4、B2波段组合对植被类型的识别要优于B3、B2和B1的组合。但由于B4波段的空间分辨率为20米，使B342组合对植被空间几何细节表达没有B321组合清晰，例如林缘界线信息表达方面B321要优于B342。 6 影像数据融合 对于购买有高空间分辨率全色波段数据的用户，进行数据融合是必不可少的。影像数据融合能够综合不同波段、不同空间分辨率数据（层）的特征，融合后的数据具有更丰富、更可靠的信息[4]。 根据影像数据融合的水平阶段，影像融合分为：像元级、特征级和决策级三个层次。为了最大限度的从SPOT5遥感数据中提取森林植被信息，应进行像元级的数据融合，将5米的全色波段和10米多光谱数据进行融合。融合得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱特征。 像元级数据融合的方法多种多样，根据数据融合的目的，即最大限度的突显森林植被信息，应选取B4、B3、B2和PAN波段，根据我们的试验Brovey 融合算法方法比较理想： 7遥感影像地图 将融合好的数据按Rfused、Gfused、Bfused组合，叠加上行政界线、公里格网、坐标、比例尺等辅助信息，按1：1万地形图分幅生成1：1万纸质图作为外业手图。 结果和讨论 1 几何精度 利用SPOT5物理模型，采用1：1万地形图和5万DEM ，经过正射校正处理，可使影像的几何精度控制在2个像元内（<10米）,达到1：1万制图标准要求。为以遥感影像为基础信息源提取林分调查因子、区划林班界线生成大比例尺的林相图、森林分布图提供了几何精度保障。 2 波段选择 对于没有全色波段的情况，SPOT5数据的B342组合有利于森林植被类型的识别。在应用遥感技术进行森林资源调查区划中，林分类型信息提取是最为重要的环节，所以B342波段组合是小班区划和外业手图的最佳组合。 3 融合效果 融合数据技术使SPOT5遥感影像既具有全色波段的高空间分辨率又拥有多光谱数据的光谱分辨率，丰富了遥感影像的信息量。采用Brovey算法使SPOT5遥感影像从色彩、纹理等方面增强了影像的可判读性，提高了小班因子正判率和林分小班的区划精度。 参考文献 1．周成虎，杨晓梅，骆剑承等《遥感影像地学理解与分析》，科学出版社，北京，2001，3- 2．赵英时《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，北京，88-90 3．北京视宝卫星图像有限公司《专业制图工作室GEOIMAGE用户指南》，2004，68- 4．Christine P Geometric Aspects of Multisensor Image Fusion for Topographic Map Updating in The Humid Tropics, ITC Publication, 1996,51- 21世纪遥感与GIS的发展 来源： 李德仁 时间： 2005-08-11-23:09 浏览次数: 79 21世纪遥感与GIS的发展 李德仁 （武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞瑜路129号，430079） 摘要：在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测，并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上，为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中，遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为一门科学、技术和经济实体。本文深入地论述了21世纪中遥感的6大发展趋势和GIS的5个发展特征。 关键词：发展趋势；航空航天遥感；地理信息系统；对地观测 中图法分类号：P208；P9 随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。 1 遥感技术的主要发展趋势 1 航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率） 从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。 卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的62m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。例如，美国宇航局的长远计划是要发射一系列太阳同步和地球同步的长波SAR,美国国防部则要发射一系列短波SAR，实现干涉重访问间隔为8d、3d和1d，空间分辨率分别为20m、5m和2m。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十五”期间，我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。 2 航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制 确定影像目标的实地位置（三维坐标），解决影像目标在哪儿（Where）是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，利用DGPS和INS惯性导航系统的组合，可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置（POS），从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术的推广应用，将改变目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成，可实现实时三维测量（LIDAR），自动生成数字表面模型（DSM），并可推算出数字高程模型（DEM）。 美国NASA在1994年和1997年两次将航天激光测高仪（SLA）安装在航天飞机上，企图建立基于SLA的全球控制点数据库，激光点大小为100m，间隔为750m，每秒10个脉冲；随后又提出了地学激光测高系统（GLAS）计划，已于2002年12月19日将该卫星IICESat（cloud and land elevation satellite）发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS发射近红外光（1064nm）和可见绿光（532nm）的短脉冲（4ns）。激光脉冲频率为40次/s，激光点大小实地为70m，间隔为170m，其高程精度要明显高于SRTM，可望达到m级。他们的下一步计划是要在2015年之前使星载LIDAR的激光测高精度达到dm和cm级。 法国利用设在全球的54个站点向卫星发射信号，通过测定多普勒频移，以精确解求卫星的空间坐标，具有极高的精度。测定距地球1300km的Topex/Poseidon卫星的高度，精度达到±3cm。用来测定SPOT 4卫星的轨道，3个坐标方向达到±5cm精度，对于SPOT 5和Envisat，可望达到±1m精度。若忽略SPOT 5传感器的角元素，直接进行无地面控制的正射像片制作，精度可达到±15m，完全可以满足国家安全和西部开发的需求。 3 摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化 从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义（What）是摄影测量与遥感的另一大任务。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像，也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。我国学者在这些方面取得了不少可喜的成果。 4 利用多时像影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化 利用遥感影像自动进行变化监测（What change）关系到我国的经济建设和国防建设。过去人工方法投入大，周期长。随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现，实时自动化监测已成为研究的一个热点。 自动变化监测研究包括利用新旧影像（DOM）的对比、新影像与旧数字地图（DLS）的对比来自动发现变化和更新数据库。目前的变化监测是先将新影像与旧影像（或数字地图）进行配准，然后再提取变化目标，这在精度、速度与自动化处理方面都有不足之处。笔者提出了把配准与变化监测同步的整体处理[1]。最理想的方法是将影像目标三维重建与变化监测一起进行，实现三维变化监测和自动更新。进一步的发展则是利用智能传感器，将数据处理在轨完成，发送回来的直接为信息，而不一定为影像数据。 5 摄影测量与遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用 “数字地球”概念是在全球信息化浪潮推进下形成的。1999年12月在北京成功地召开了第一届国际“数字地球”大会后，我国正积极推进“数字中国”和“数字省市”的建设，2001年国家测绘局完成了构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略研究。在已完成1∶100万和1∶25万全国空间数据库的基础上，2001年全国各省市测绘局开始1∶5万空间数据库的建库工作。在这个数据量达11TB的巨型数据库中，摄影测量与遥感将用来建设DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和CP（控制点数据库）。如果要建立全国1m分辨率影像数据库，其数据量将达到60TB。如果整个“数字地球”均达到1m分辨率，其数据量之大可想而知。本世纪内可望建成这一分辨率的数字地球。 “数字文化遗产”是目前联合国和许多国家关心的一个问题，涉及到近景成像、计算机视觉和虚拟现实技术。在近景成像和近景三位量测方面，有室内各种三维激光扫描与成像仪器，还可以直接由视频摄像机的系列图像获取目标场三维重建信息。它们所获取的数据经过计算机自动处理后，可以在虚拟现实技术支持下形成文化遗迹的三维仿真，而且可以按照时间序列，将历史文化在时间隧道中再现，对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。 6 全定量化遥感方法将走向实用 从遥感科学的本质讲，通过对地球表层（包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈4大圈层）的遥感，其目的是为了获得有关地物目标的几何与物理特性，所以需要通过全定量化遥感方法进行反演。几何方程式是有显式表示的数学方程，而物理方程一直是隐式。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，相信在21世纪，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化，遥感基础理论研究将迈上新的台阶。只有实现了遥感定量化，才可能真正实现自动化和实时化。 2 GIS技术的主要发展趋势 1 空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象[2] GIS发展曾经历过栅格、矢量两个不同数据结构发展阶段，目前随着高分辨率卫星遥感数据的飞快增长和数字地球、数码城市的需求，形成了面向对象的数据模型和三库（图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库）一体化的数据结构。这样的数据库结构使GIS的发展更加趋向自然化、逼真化，更加贴近用户。以面向应用的GIS软件为前台，以大型关系数据库（Oracle 8i,9i等)为后台数据库管理，成为当前GIS技术的主流趋势。 2 空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多位和实时三维可视化 在传统的GIS中，空间数据是以二维形式存储并挂接相应的属性数据。目前，空间数据表达的趋势是基于金字塔和LOD（level of detail）技术的多比例尺空间数据库，在不同尺度表示时可自动显示出相应比例尺或相应分辨率的数据，多比例尺数据集的跨度要比传统地图的比例尺大，在显示不同比例尺数据时，可采用LOD或地图综合技术。真三维GIS的空间数据要存储三维坐标。动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化监测中已有较好的应用，真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段。基于三库一体化的时空3D可视化技术发展势头迅猛，已能再PC机上实现GIS环境下的三维建筑物室外室内漫游、信息查询、空间分析、剖面分析和阴影分析等，基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外，可以同时拥有一个Cyber空间。 3 空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识 GIS是以应用导向的空间信息技术，空间分析与辅助决策支持是GIS的高水平应用，它需要基于知识的智能系统。知识的获取是专家系统中最困难的任务。随着各种类型数据库的建立，从数据库中挖掘知识成为当今计算机界一个非常引人注目的课题。从GIS空间数据库中发现的知识可以有效的支持遥感图像解译，以解决“同物异谱”和“同谱异物”的问题。反过来，从属性数据库中挖掘的知识又具有优化资源配置等一些列空间分析的功能[3]。尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段，但随着数据库的快速增大和对数据挖掘工具的深入研究，其应用前景是不可估量的。 4 通过Web服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究及地学信息服务事业 随着计算机通讯网络（包括有线和无线网）的大容量和高速化，GIS已成为在网络上的分布式异构系统。许多不同单位、不同组织维护管理的既独立又互联互用的联邦数据库，将可提供全社会各行各业的应用需要。因此，联邦数据库和互操作（federal databases & interoperability）问题成为当前国际GIS联合研究的一个热点。互操作意味着数据库中数据的直接共享，GIS规律功能模块的互操作与共享，以及多点之间的相同工作，这方面的研究已显示出明显的成效。未来的GIS用户将可能在网络上缴纳为其需要所选用数据和软件功能模块的使用费，而不必购买这个数据库和整套的GIS软硬件，这些成果产生的直接效果是GIS应用将走向地学信息服务。 目前已兴起的LBS和MLS，即基于位置的服务和移动定位服务，突出地反映了这种变化趋势。它引起的革命性变化使GIS将走出研究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。我国目前已有2亿个手机用户，若每人每月为MLS支付10元费用，全国一年的产值将达到240亿。可以预测在不久的将来，地学信息将能随时随地为任何人和任何事情进行4A服务（geo-in-formation for anyone and anything at anywhere and anytime）。 5 地理信息科学的研究有望在本世纪形成较完整的理论框架体系 笔者曾扼要地叙述了地球空间信息科学的7大理论问题[4]：（1）地球空间信息的基准，包括几何基准、物理基准和时间基准；（2）地球空间信息标准，包括空间数据采集、存储与交换标准、空间数据精度与质量标准、空间信息的分类与代码标准、空间信息的安全
森林资源调查中SPOT5遥感图像处理方法探讨王照利、黄生、张敏中、马胜利（国家林业局西北林业规划设计院，遥感计算中心，西安710048）本文发表于＜陕西林业科技＞2005 N1 P27-29,55 摘要： 目前，多光谱、高空间分辨率的SPOT5卫星遥感数据被广泛应用到森林资源调查中。本文结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的处理和信息提取。探讨性地提出了适应于森林资源调查的SPOT5遥感数据处理方法。 关键词：SPOT5 遥感数据，森林资源调查、数据处理DISCUSSION ON SPOT5 IMAGE DATA PROCESSING FOR FOREST INVENTORYWang Zhaoli, Huangsheng,Zhangminzhong,Ma Shengli(Northwest Institute for Forest Inventory, Planning &Design, Xi’an China 710048) Abstract: Now days, high spatial resolution and multispectral SPOT5 image data are widely applied in forest inventory in C Based on the characteristics of SPOT5 image and requirements of forest inventory, this paper discusses the processing procedures of ordering image data, ortho-rectification, image bands composition and image data The complete steps of image processing for forest inventory are Key words: SPOT5 image data，forest inventory, data processing 前言 卫星遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率（光谱和空间）、多时相、周期性、信息量丰富等特点，所以卫星遥感影像既可以提供森林资源的宏观空间分布信息又能提供局部的详细信息以及随时间、空间变化的信息等[1]。目前在林业领域卫星遥感数据被广泛的应用于不同尺度层次的森林资源调查、资源监测、病虫害、火灾监测等方面。2002年5月法国SPOT地球观测卫星系列之5号卫星（即SPOT5星）发射。SPOT5遥感数据的多光谱波段空间分辨率为10米（短波红外空间分辨率为20米），但全色波段空间分辨率达到5米。SPOT5遥感数据的高空间分辨率和多光谱分辨率为森林资源调查提供了丰富的、可靠的、高精度的基础数据源。从性价比分析，在其他高分辨率遥感数据目前比较昂贵的状况下，SPOT5遥感数据比较适宜应用于大面积的森林资源调查，可大幅度的森林调查的减少外业工作量、提高工作效率。在我国SPOT5卫星数据已被大量地应用于森林资源调查工作中，尤其，是在森林资源“二类”调查中被作基本的森林资源信息源提取各类信息。针对于将多光谱分辨率和高空间分辨率的SPOT5遥感数据应用于森林资源调查的数据处理技术和方法鲜有报道。本文总结工作实践，结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的订购、正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的基本处理方法。 1．SPOT5卫星遥感数据特点 SPOT卫星系统采用线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转式平面镜可以进行倾斜观察获得倾斜图像和立体像对。采用与太阳同步的近极地的椭圆形轨道，轨道高度约832Km，轨道倾角7o ，每天绕地球14圈多，重复覆盖周期26天[2]。由于有倾斜观测功能，使重复覆盖周期减少到2-3天。SPOT5卫星载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像装置（HRS）和1台宽视域植被探测仪（VGT）。高分辨率几何成像仪的波段选择是总结了多年的研究成果，认为HRG的波段设置（见表1）足以取得辨别作物和植被类型的最佳效果。本文主要探讨HRG高空间分辨率数据的处理。 2．SPOT5数据的处理方法和过程 SPOT5数据处理工作流程： 1 遥感数据的订购 订购数据时，用户需向数据代理商提供购买区域的四个角的大地坐标或者数据的景号（PATH/ROW）。特别应该注意数据订购时间和用户拿到数据之间有时间差，间隔时间长短因用户的要求、天气、卫星重复覆盖周期而异。相对于其他卫星数据，比较有利的一面是SPOT5卫星装置有旋转式平面镜可以进行倾斜观察，用户可向代理商申请红色编程提前得到调查区域的遥感数据，但要支付编程费。对于遥感数据的时相、云量、入射角、阴影量、是否购买高空间分辨率的全色波段等用户根据自己具体的工作需要向代理商提出限制要求。 根据我们对SPOT5遥感数据的使用，对于森林资源调查，北方9，10月份和11月初的遥感影像比较适宜。代理商向用户提供经过处理的不同级别的影像产品，在森林资源调查中建议购买SPOT1A级产品，用户可根据自己的工作需要进行处理，同时也可减少费用。 2 基础数据准备 大比例尺地形图和高精度DEM是进行SPOT5遥感数据高精度正射校正必需的基础地理数据。建议购买1：10000地形图和1：25000数字高程模型（DEM）。 将1：1万地形图扫描，扫描分辨率设置为300DPI。将扫描好的地形图进行几何精纠正，纠正精度控制在3毫米内。从测绘部门购买的1：1万地形图为北京54坐标系3度分带高斯克吕格投影，而1：5万DEM为北京54坐标系6度分带投影。在数据准备时，将校正好的1：1万地形图通过换带转换转成和DEM一致的6度分带投影。 对于没有1：1万地形图的地区，建议使用差分GPS接收机采集地面控制点。 3几何正射校正 正射校正过程应用了法国SPOT公司发行的GEOIMAGE软件。GEOIMAGE软件有针对SPOT5卫星数据开发的SPOT5物理模型。模型模块自动读取DEM信息。SPOT 物理模型可读取卫星在获取遥感数据的瞬间状态参数，这些参数存贮在数据的头文件中[3]。卫星状态参数包括：卫星成像瞬间的经纬度、高度、倾角等。卫星状态参数能够帮助提高几何校正的精度。 以校正好的1：1万地形图为基准，在影像图上找出和地形图上地物相匹配的明显地物作为地面控制点。在进行正射校正时，应先进行全色波段数据校正，然后以校正好的全色波段数据为基准进行多光谱数据校正。以全色波段数据为基准校正多光谱波段就比较容易校正，且能提高两者的匹配精度。地面控制点应分布均匀，影像的边缘部分布要有控制点分布，同时在不同的高程范围最好都有控制点。地面控制点的数量因地形地貌的复杂程度而定，根据我们的经验，一景60KmX60Km的SPOT5数据，一般地势平缓的地区20个左右控制点即可达到满意的结果，在高山区25个左右控制点就可使正射校正精度满足要求。重采样方法采用双线性内插法。 4 辐射校正 用户购买的SPOT5的各级数据，数据提供商已经根据卫星的记录参数对遥感数据做了辐射校正，即消除了传感器自身引起的、大气辐射引起的辐射噪声。若果影像存在薄雾或地形高差较大引起的辐射误差情况，用户应进一步进行辐射校正处理。薄雾的简单消除原理是基于近红外波段不受大气辐射影响，清澈的水体或死阴影区的数值应为零。从各波段数据中减去近红外波段的水体或阴影的不为零值。地形起伏引起的辐射误差校正公式: f (x,y)=g(x,y)/cosa，g(x,y)为坡度为a的倾斜面上的地物影像；f (x,y)为校正后的影像。由于坡度因子参与校正所以需要DEM支持。 5 波段组合 根据SPOT5数据波谱特征（表1），各波段分别记录反映了植被的不同特征方面：B4（SWIR）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感。经过比较分析和实际应用发现SPOT5的B3、B4、B2波段组合对植被类型的识别要优于B3、B2和B1的组合。但由于B4波段的空间分辨率为20米，使B342组合对植被空间几何细节表达没有B321组合清晰，例如林缘界线信息表达方面B321要优于B342。 6 影像数据融合 对于购买有高空间分辨率全色波段数据的用户，进行数据融合是必不可少的。影像数据融合能够综合不同波段、不同空间分辨率数据（层）的特征，融合后的数据具有更丰富、更可靠的信息[4]。 根据影像数据融合的水平阶段，影像融合分为：像元级、特征级和决策级三个层次。为了最大限度的从SPOT5遥感数据中提取森林植被信息，应进行像元级的数据融合，将5米的全色波段和10米多光谱数据进行融合。融合得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱特征。像元级数据融合的方法多种多样，根据数据融合的目的，即最大限度的突显森林植被信息，应选取B4、B3、B2和PAN波段，根据我们的试验Brovey 融合算法方法比较理想： 7遥感影像地图 将融合好的数据按Rfused、Gfused、Bfused组合，叠加上行政界线、公里格网、坐标、比例尺等辅助信息，按1：1万地形图分幅生成1：1万纸质图作为外业手图。 结果和讨论 1 几何精度 利用SPOT5物理模型，采用1：1万地形图和5万DEM ，经过正射校正处理，可使影像的几何精度控制在2个像元内（<10米）,达到1：1万制图标准要求。为以遥感影像为基础信息源提取林分调查因子、区划林班界线生成大比例尺的林相图、森林分布图提供了几何精度保障。 2 波段选择 对于没有全色波段的情况，SPOT5数据的B342组合有利于森林植被类型的识别。在应用遥感技术进行森林资源调查区划中，林分类型信息提取是最为重要的环节，所以B342波段组合是小班区划和外业手图的最佳组合。 3 融合效果 融合数据技术使SPOT5遥感影像既具有全色波段的高空间分辨率又拥有多光谱数据的光谱分辨率，丰富了遥感影像的信息量。采用Brovey算法使SPOT5遥感影像从色彩、纹理等方面增强了影像的可判读性，提高了小班因子正判率和林分小班的区划精度。 参考文献 1．周成虎，杨晓梅，骆剑承等《遥感影像地学理解与分析》，科学出版社，北京，2001，3- 2．赵英时《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，北京，88-90 3．北京视宝卫星图像有限公司《专业制图工作室GEOIMAGE用户指南》，2004，68- 4．Christine P Geometric Aspects of Multisensor Image Fusion for Topographic Map Updating in The Humid Tropics, ITC Publication, 1996,51-21世纪遥感与GIS的发展 来源： 李德仁 时间： 2005-08-11-23:09 浏览次数: 79 21世纪遥感与GIS的发展李德仁 （武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞瑜路129号，430079） 摘要：在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测，并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上，为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中，遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为一门科学、技术和经济实体。本文深入地论述了21世纪中遥感的6大发展趋势和GIS的5个发展特征。 关键词：发展趋势；航空航天遥感；地理信息系统；对地观测 中图法分类号：P208；P9 随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。 1 遥感技术的主要发展趋势 1 航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率） 从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。 卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的62m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。例如，美国宇航局的长远计划是要发射一系列太阳同步和地球同步的长波SAR,美国国防部则要发射一系列短波SAR，实现干涉重访问间隔为8d、3d和1d，空间分辨率分别为20m、5m和2m。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十五”期间，我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。 2 航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制 确定影像目标的实地位置（三维坐标），解决影像目标在哪儿（Where）是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，利用DGPS和INS惯性导航系统的组合，可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置（POS），从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术的推广应用，将改变目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成，可实现实时三维测量（LIDAR），自动生成数字表面模型（DSM），并可推算出数字高程模型（DEM）。 美国NASA在1994年和1997年两次将航天激光测高仪（SLA）安装在航天飞机上，企图建立基于SLA的全球控制点数据库，激光点大小为100m，间隔为750m，每秒10个脉冲；随后又提出了地学激光测高系统（GLAS）计划，已于2002年12月19日将该卫星IICESat（cloud and land elevation satellite）发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS发射近红外光（1064nm）和可见绿光（532nm）的短脉冲（4ns）。激光脉冲频率为40次/s，激光点大小实地为70m，间隔为170m，其高程精度要明显高于SRTM，可望达到m级。他们的下一步计划是要在2015年之前使星载LIDAR的激光测高精度达到dm和cm级。 法国利用设在全球的54个站点向卫星发射信号，通过测定多普勒频移，以精确解求卫星的空间坐标，具有极高的精度。测定距地球1300km的Topex/Poseidon卫星的高度，精度达到±3cm。用来测定SPOT 4卫星的轨道，3个坐标方向达到±5cm精度，对于SPOT 5和Envisat，可望达到±1m精度。若忽略SPOT 5传感器的角元素，直接进行无地面控制的正射像片制作，精度可达到±15m，完全可以满足国家安全和西部开发的需求。 3 摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化 从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义（What）是摄影测量与遥感的另一大任务。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像，也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。我国学者在这些方面取得了不少可喜的成果。 4 利用多时像影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化 利用遥感影像自动进行变化监测（What change）关系到我国的经济建设和国防建设。过去人工方法投入大，周期长。随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现，实时自动化监测已成为研究的一个热点。 自动变化监测研究包括利用新旧影像（DOM）的对比、新影像与旧数字地图（DLS）的对比来自动发现变化和更新数据库。目前的变化监测是先将新影像与旧影像（或数字地图）进行配准，然后再提取变化目标，这在精度、速度与自动化处理方面都有不足之处。笔者提出了把配准与变化监测同步的整体处理[1]。最理想的方法是将影像目标三维重建与变化监测一起进行，实现三维变化监测和自动更新。进一步的发展则是利用智能传感器，将数据处理在轨完成，发送回来的直接为信息，而不一定为影像数据。 5 摄影测量与遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用 “数字地球”概念是在全球信息化浪潮推进下形成的。1999年12月在北京成功地召开了第一届国际“数字地球”大会后，我国正积极推进“数字中国”和“数字省市”的建设，2001年国家测绘局完成了构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略研究。在已完成1∶100万和1∶25万全国空间数据库的基础上，2001年全国各省市测绘局开始1∶5万空间数据库的建库工作。在这个数据量达11TB的巨型数据库中，摄影测量与遥感将用来建设DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和CP（控制点数据库）。如果要建立全国1m分辨率影像数据库，其数据量将达到60TB。如果整个“数字地球”均达到1m分辨率，其数据量之大可想而知。本世纪内可望建成这一分辨率的数字地球。 “数字文化遗产”是目前联合国和许多国家关心的一个问题，涉及到近景成像、计算机视觉和虚拟现实技术。在近景成像和近景三位量测方面，有室内各种三维激光扫描与成像仪器，还可以直接由视频摄像机的系列图像获取目标场三维重建信息。它们所获取的数据经过计算机自动处理后，可以在虚拟现实技术支持下形成文化遗迹的三维仿真，而且可以按照时间序列，将历史文化在时间隧道中再现，对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。 6 全定量化遥感方法将走向实用 从遥感科学的本质讲，通过对地球表层（包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈4大圈层）的遥感，其目的是为了获得有关地物目标的几何与物理特性，所以需要通过全定量化遥感方法进行反演。几何方程式是有显式表示的数学方程，而物理方程一直是隐式。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，相信在21世纪，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化，遥感基础理论研究将迈上新的台阶。只有实现了遥感定量化，才可能真正实现自动化和实时化。 2 GIS技术的主要发展趋势 1 空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象[2] GIS发展曾经历过栅格、矢量两个不同数据结构发展阶段，目前随着高分辨率卫星遥感数据的飞快增长和数字地球、数码城市的需求，形成了面向对象的数据模型和三库（图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库）一体化的数据结构。这样的数据库结构使GIS的发展更加趋向自然化、逼真化，更加贴近用户。以面向应用的GIS软件为前台，以大型关系数据库（Oracle 8i,9i等)为后台数据库管理，成为当前GIS技术的主流趋势。 2 空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多位和实时三维可视化 在传统的GIS中，空间数据是以二维形式存储并挂接相应的属性数据。目前，空间数据表达的趋势是基于金字塔和LOD（level of detail）技术的多比例尺空间数据库，在不同尺度表示时可自动显示出相应比例尺或相应分辨率的数据，多比例尺数据集的跨度要比传统地图的比例尺大，在显示不同比例尺数据时，可采用LOD或地图综合技术。真三维GIS的空间数据要存储三维坐标。动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化监测中已有较好的应用，真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段。基于三库一体化的时空3D可视化技术发展势头迅猛，已能再PC机上实现GIS环境下的三维建筑物室外室内漫游、信息查询、空间分析、剖面分析和阴影分析等，基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外，可以同时拥有一个Cyber空间。 3 空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识 GIS是以应用导向的空间信息技术，空间分析与辅助决策支持是GIS的高水平应用，它需要基于知识的智能系统。知识的获取是专家系统中最困难的任务。随着各种类型数据库的建立，从数据库中挖掘知识成为当今计算机界一个非常引人注目的课题。从GIS空间数据库中发现的知识可以有效的支持遥感图像解译，以解决“同物异谱”和“同谱异物”的问题。反过来，从属性数据库中挖掘的知识又具有优化资源配置等一些列空间分析的功能[3]。尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段，但随着数据库的快速增大和对数据挖掘工具的深入研究，其应用前景是不可估量的。 4 通过Web服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究及地学信息服务事业 随着计算机通讯网络（包括有线和无线网）的大容量和高速化，GIS已成为在网络上的分布式异构系统。许多不同单位、不同组织维护管理的既独立又互联互用的联邦数据库，将可提供全社会各行各业的应用需要。因此，联邦数据库和互操作（federal databases & interoperability）问题成为当前国际GIS联合研究的一个热点。互操作意味着数据库中数据的直接共享，GIS规律功能模块的互操作与共享，以及多点之间的相同工作，这方面的研究已显示出明显的成效。未来的GIS用户将可能在网络上缴纳为其需要所选用数据和软件功能模块的使用费，而不必购买这个数据库和整套的GIS软硬件，这些成果产生的直接效果是GIS应用将走向地学信息服务。 目前已兴起的LBS和MLS，即基于位置的服务和移动定位服务，突出地反映了这种变化趋势。它引起的革命性变化使GIS将走出研究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。我国目前已有2亿个手机用户，若每人每月为MLS支付10元费用，全国一年的产值将达到240亿。可以预测在不久的将来，地学信息将能随时随地为任何人和任何事情进行4A服务（geo-in-formation for anyone and anything at anywhere and anytime）。 5 地理信息科学的研究有望在本世纪形成较完整的理论框架体系 笔者曾扼要地叙述了地球空间信息科学的7大理论问题[4]：（1）地球空间信息的基准，包括几何基准、物理基准和时间基准；（2）地球空间信息标准，包括空间数据采集、存储与交换标准、空间数据精度与质量标准、空间信息的分类与代码标准、空间信息的安全
一、中国东部地区遥感应用特点中国东部系指东经112°以东，长江以北的广大地区。其中分布着著名的东北平原、华北平原及部分长江中下游平原，总面积约250万km2；发育了众多的中新生代沉积盆地，是中国东部油气勘探的主要场所。由于这些中新生代沉积盆地几乎全被较厚的（130～160m）第四系覆盖，因此长期以来，石油勘探一直依赖于昂贵的地震勘探方法。但近年来，随着遥感技术的引进以及从其在南阳盆地、周口盆地、苏北盆地、黄骅坳陷和辽河盆地的石油地质应用实践来看，遥感技术在大面积第四系覆盖区的石油勘探中，具有良好的地质解译效果和巨大的应用潜力，尤其是通过适当的图像处理，并结合地质、物探资料对深部地质结构及构造的解译，可以取得令人满意的效果。第四系覆盖区的隐伏构造，是通过遥感图像显示的微地貌特征、水系分布特征及土壤的湿度、植被群落类型等相关因素的解释而获得的间接信息。然后结合已有的各种物、化探资料判断其地质含义及属性，为油气勘探提供一方面的地质资料。另一方面作为特殊地质体的油气藏，其烃类物质在各种地质作用下，可通过各种方式穿过致密的盖层而渗透到地表，或被土壤吸附并发生各种物理化学作用，造成土壤的蚀变和植物生长的变异；或烃类物质逸散至空中，当达到一定的浓度及在适当的温度、湿度等气候条件下，形成游离于油气田上方的雾状体。由于这种雾状体对太阳电磁辐射在可见光波段有较强的反射，因而构成遥感图像上的“渲晕状”亮区。则这些土壤蚀变带、植被变异区和“渲晕状”亮区有可能指示地下油气藏的存在。二、揭示地下地质信息的遥感手段石油遥感工作的根本任务就是利用机载或星载传感器获取的遥感资料（数据），通过计算机处理，获取反映各种地物综合信息的图像，并以现代石油地质理论为指导，建立各种地质解译标志，对含油气盆地的区域地质背景、盆地构造（包括二级构造带和大型局部构造）、及油气微渗漏可能产生的地面效应进行解译，并在野外验证的基础上，综合物化探及其他有关资料，进行含油气远景和有利勘探靶区的预测或评价。就目前所采用的卫星遥感资料（MSS或TM）而言，对于中国东部第四系广泛覆盖区，并且在人文景观干扰严重的情况下，一般的增强处理图像很难取得满意的地质解译效果。而经过多年探索、研究，总结的多功能，即线性拉伸＋直方图调整＋局部统计增强＋彩色级上色等四个主要功能组合，处理所获得的新图像，是揭示地下地质结构、构造的有效途径和手段。这是利用MSS资料在I2S101系统上实现的。这种新图像已在中国东部不少油田的应用中取得了良好效果。图1 南阳—泌阳凹陷重力、航磁异常与遥感解译环形影像叠加图1—线性影像；2—带状色调异常；3—重力等值线；4—航磁等值线；5—经特殊处理图像上显示的环形影像；6—经一般拉伸处理后图像上显示的环形影像；7—已知油区图2 泌阳凹陷组合处理图像地质解译图图3 东濮凹陷卫星影像地质解译图1—环形影像；2—主要断裂；3—次要断裂；4—远景区；L—与基底隆起有关的环形影像；A—与凹陷有关的环形影像；R—与玄武岩体有关的环形影像；N—与现代沉积有关环形影像；O—与已知油田有关的环形影像；Y—预测含油的环形影像（一）例一：泌阳凹陷泌阳凹陷是中生代晚期（K—R）形成的陆相沉积凹陷，总面积4700km2，沉积物厚度达9000m，其中白垩系厚2000m，第三系厚7000m，地表被100余米的第四系覆盖。泌阳凹陷在标准假彩色合成图像上表现为一个巨大的浅色环状异常，色调平淡，地质信息不明显。经多功能组合图像处理之后，信息量和色彩的丰富程度均有明显改善（见图版Ⅳ－1），经解译，发现一批环状构造，与物探方法确定的局部构造绝大部分相吻合（图1）。尤其是R1-1—3、R1-1-9、R1-1—8、R1—4和R1—1—5等几个环形构造分别与双河、安棚、下二门、井楼以及赵凹油田位置基本一致（图2）。更重要的是在以后的勘探中，在东西向的R1-12预测区发现了付弯等两个油田。图4 辽河断陷卫片组合处理图像地质解译图1—前白垩系连续露头分布区；2—前震旦系为主的潜伏隆起区；3—古生界和部分中生界基底分布区；4—中生界为主的斜坡或基底；5—局部隆起；6—局部凹陷；7—明显线性构造；8—较明显线性构造；9—推测与油田有关的环状构造及编号；10—湖泊、水系（二）例二：东濮凹陷东濮凹陷是中新生代的构造盆地，面积约3500km2，地势平坦，水系发育。在MSS标准假彩色合成图像上，影像反差小，色彩单调。以浅色为背景的絮块状影纹结构，只是地表坡度为1:2000～1:6000的微倾斜平原的反映。经多功能组合图像处理之后，改变了地表的单一因素，图像上显示了在浅色背景中的丰富细微环状影纹结构（见图版Ⅰ－1）。经与地质资料对比分析，它们绝大多数与基底的凸凹及不同深度的玄武岩或局部构造有着密切的关系。尤其是明亮的环状异常，往往与已知油田有关。笔者曾于1985年，在遥感研究的基础上进行了油田预测，结果于1987～1989年间在预测区发现了两个第三系油田（图3），其储量达2000万吨以上。（三）例三：辽河盆地辽河盆地老第三系埋深约3000～4000m，新第三系—第四系覆盖厚达800～1500m。地表平坦，水系十分发育，加之分布大片的农田和草甸，地表条件极为复杂。但经多功能组合处理后的图像，仍能以不同的色调和多姿的纹理结构反映辽河盆地隆凹结构的基本形态及变化特征（见图版Ⅵ－2）。特别值得指出的是，深埋在西部凹陷中的一些潜山带，在图像上也有明显反映，如齐曙（R-17）与兴隆台（R-19）潜山带等（图4）。遥感解译的多数线性构造也被钻井资料证实为隐伏断层，一些已知油田在子区处理图像上，也得到了不同程度的反映。因此我们在考虑了地质构造背景的前提下，经影像特征对比分析，预测了一批新的含油气区，其中的海外河预测区（图4,0～18）在后来勘探中发现了油田，并已投入开发。此外在辽河盆地外围的开鲁盆地，江苏的苏北盆地等也都取得了令人振奋的成果。当然在强调利用多功能组合图像处理所得信息的同时，绝对不能忽视其他处理方法的试验和多时相、多片种图像的对比分析和研究，这样才能使石油地质遥感方法得到进一步的发展和完善。三、油气信息的地面检测油气信息的地面检测，是试图探测隐蔽油气藏产生的各种地表地球物理、地球化学场的异常特征。有关内容已有多篇文章和资料介绍，本文就不赘述了，现仅就泌阳盆地作一实例简介。1985年为验证遥感地质解译成果，在泌出凹陷进行了土壤吸附烃和面积性的水化学取样分析。结果表明，吸附烃在生油凹陷中的含量明显增高，且Hg、I等元素异常和芳烃类有机组份的荧光、紫外等异常也都与油田分布有密切关系（图5、图6），并且与遥感影像异常也有不同程度的吻合。因此针对不同的地质、地理背景，建立有效解译标志，能为遥感技术的油气信息检测作出有益的贡献。四、基本结论遥感技术在石油勘探领域中的应用时间还很短，但十余年的应用研究表明，遥感图像能为含油气盆地的区域研究提供必要的信息，结合多种资料不但可以研究盆地成因，而且可进一步研究盆地内的结构特点和局部构造的空间规律；选择相应的图像处理方法可获得丰富的隐伏地质信息，若有物探和钻井资料验证，则可成为可靠的和实用的地质资料；遥感影像特征的类比分析在油气预测方面也有着巨大的应用潜力；遥感技术快速廉价的特点用于石油勘探可大大节省投资，缩短勘探周期，提高勘探效率。是值得积极开发的一项新技术。图5 泌阳凹陷地区土壤吸附烃含量等值线图烃的主要成份为C6—C9，最大含量为3957μg/g，最小含量为23μg/g；38采样点及编号图6 泌阳凹陷水化学异常分布图1—有机组成典型趋势剩余异常等值线（三次）；2—δ13C CH采样点及含量（‰PDB）;3—综合异常区（带）及编号；4—盐份异常参考文献叶和飞，曹秀娟遥感图像在东濮凹陷油气勘探中的应用见：油气勘探新理论新方法新技术报告会论文集北京：海洋出版社，王福印我国东部某地油气渗漏的遥感研究国土资源遥感，1990,（4）杨柏林岩矿光谱信息与航空细分红外光谱遥感找矿国土资源遥感，1990,（3）
紫外、可见光（4-7微米）、红外（反射红外7-0微米、发射红外0-100微米）、微波遥感（1mm-1m）参考文献：fundamental of remote sensing 是加拿大的权威教材
马海涛（黑龙江省国土资源勘测规划院，哈尔滨，150056）摘要：卫星影像的坐标准确性对土地利用数据库更新至关重要，根据鸡西市的遥感数据源应用ERDAS IMAGINE 对鸡西市遥感影像进行校正和误差分析，探讨卫星遥感影像的内部、外部误差产生原因。关键词：卫星影像；遥感；误差；正射；DEM1 高分辨率卫星遥感技术现状及应用前景高分辨率的卫星影像通常指像素的空间分辨率在10 m以内的遥感影像。早期高分辨率传感器的研制与应用主要是在军事领域，以大比例尺遥感制图、对地物的分析和监测人类活动为目的，20 世纪90年代以后才逐渐进入商业和民用领域的范围，并迅速地发展起来。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。1999年10月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功，结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史。同时我国还建立了多个国家级遥感应用机构，这些遥感应用机构广泛地开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务。高分辨率卫星遥感影像的出现使得在较小的空间尺度上观察地表的细节变化，进行大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为可能，具有广阔的应用前景。高空间分辨率图像数据和地理信息系统紧密结合，它已经在城市生态环境评价、地形图更新、地籍调查、精准农业等方面被证实有巨大的应用潜力。2 遥感影像的处理流程遥感影像从接收到最后的应用一般要经过以下几个步骤（图1）：3 鸡西市影像数据源与遥感影像的变形原因1 鸡西市影像数据源鸡西市影像数据源为 SOPT－5 卫星数据，A1 级数据，共两景。图1 遥感影像处理流程轨道编号：305－258；307－258成像时间：2005/11/22；2005/11/12入射角度：R52；R28SPOT 对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展的，参与的国家还有比利时和瑞典。SPOT－5 分辨率为5m，成像方式为 CCD 阵列推扫成像，具体参数见表1。表1 SPOT-5 卫星参数SPOT 影像产品共分为5 级：1A 级：图像仅做辐射校正，无几何校正。1B 级：在1A 级基础上，做部分几何校正，校正了全景变形和地球自转及曲率、轨道高度变化等带来的变形。2A 级：加入了标准地图投影。2B 级：地理校正，加入了大地控制点和平均高度改正。正射级：完全地理校正，经数字高程模型处理，消除了因地形起伏而导致的投影误差。2 遥感影像变形原因及误差来源分析遥感影像的总体变形是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。遥感数据接收后，首先由接收部门根据遥感平台、地球自身、传感器的各种参数进行校正处理，根据预处理的级别不同，提供影像的等级也不同。1 遥感平台位置和运动状态变化的影响无论是飞机还是卫星，运动过程中都会由于种种原因产生飞行姿态的变化从而引起影像变形。（1）偏航 指遥感平台在前进过程中，相对于原前进航向偏转了一个小角度，从而引起扫描行方向的变化，导致图像的倾斜畸变，如图2 （a）。（2）航速 卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不均匀，航速快时，扫描带超前；航速慢时，扫描带滞后。由此可导致图像在卫星前进方向上（图像上下方向）的位置错动，如图2 （b）。（3）航高 当平台运动过程中受到力学因素影响，产生相对于原标准航高偏离，或者说卫星运行的轨道本身就是椭圆的。航高始终发生变化，而传感器的扫描视场角不变，导致图像扫描行对应的地面长度发生变化。航高越往高处偏离，图像对应的地面越宽，如图2 （c）。（4）俯仰 遥感平台的俯仰变化能引起图像上下方向的变化，即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动，如图2 （d）。（5）翻滚 遥感平台姿势翻滚指以前进方向为轴旋转了一个角度，可导致星下点在扫描线方向偏移，使整个图像的行向翻滚角引起偏离的方向错动，如图2 （e）。图2 遥感平台位置与运动状态改变对图像的影响2 地形起伏的影响当地形存在起伏时，会产生局部像点的位移，使原来本应是地面点的像点被同一位置上某高点的像点代替。3 地球表面曲率的影响地球是椭球体，因此地球的表面是曲面。曲面主要影响两个方面，一是像点位置的移动，二是像元对应于地面宽度的不等。当传感器扫描角度即入射角度较大时，影响更加突出，造成边缘景物在图像显示时被压缩。假定原地面真实景物是一条直线，成像时中心窄、边缘宽，单图像显示时像元大小相同，这时直线被显示成反 S 形弯曲，这种现象又叫全景畸变。4 大气折射的影响大气折射的影响即大气对辐射的传播产生折射。由于大气的密度分布从下向上越来越小，折射率不断变化，因此折射后的辐射传播不再是直线而是一条曲线，从而导致传感器接收的像点发生位移。5 地球自转的影响卫星行进过程中，传感器对地面扫描获得图像时，由于地球自转会产生影像偏离。因为多数卫星在轨道运行的降段接收图像，即卫星自北向南运动，这时地球自西向东自转，结果使卫星的星下点位置逐渐产生偏离。通过以上对遥感图像的变形分析，大致可以看出误差基本可以分为三类：遥感器本身引起的内部误差，随遥感器的结构、特性和工作方式的不同而异，此类误差一般较小；外界因素引起的外部误差，如上对遥感影像变形原因的分析；处理过程中产生的处理误差，即人为误差。4 鸡西市遥感影像的正射校正1 鸡西市自然条件及数据资料1 自然条件鸡西市位于黑龙江省东南部，素有“北国春城”之美誉。西与牡丹江市的林口县、穆棱县接壤，北与双鸭山市的饶河县、宝清县和七台河市区、勃利县相连，东以乌苏里江、松阿察河，南以兴凯湖、白棱河及陆地边界与俄罗斯毗邻，是省内东部边境城市，国境线长5km。鸡西市行政辖区内有六区二县一市，辖区土地总面积为46km2。鸡西市有丰富的矿产资源，旅游景点星罗棋布，冰雪、湖泊、湿地、森林古墓遗址等特色旅游资源丰富，地形较为复杂。2 数据资料鸡西市采用2 景 SPOT－5 数据和14 幅1∶5 万 DEM，全覆盖鸡西市六区。原始 DEM 为1∶50000 数字高程模型、GRID 格式、等高距10 m、1980 西安坐标系、1985年国家高程基准、高斯－克吕格投影、6 度分带。控制点采取 GPS 实测控制点，2 景影像共实测80个GPS点。2 鸡西市影像纠正工作流程1 控制点选取及 DEM 数据处理每景影像选取40个控制点，由外业人员实地GPS 测算大地坐标，由于其他各种环境因素的限制，按照原刺点测量的36个，其余4个点由外业测绘人员根据实际情况选取相邻近明显地物点测量，并在底图上作标记，记录详细点之记。GPS 型号为南方灵锐 S80；精度5 mm＋1 ppm。图3 影像纠正工作流程原始 DEM 共14 幅，国家测绘局标准格式，为1∶50000 数字高程模型、GRID 格式、等高距10 m、1980 西安坐标系、1985年国家高程基准、高斯－克吕格投影、6 度带。最终影像需要校正到1954 北京坐标系，3 度带，因此 DEM 也需校正到此坐标系。采取先转换格式、再镶嵌为一个文件、最后进行1954 坐标系转1980 坐标系并投影到3度带。经处理后 DEM 为1∶50000 数字高程模型、格式为 IMG 格式、等高距10 M、1954 北京坐标系、高斯－克吕格投影、3 度带。所有 DEM 数据镶嵌为一个IMG文件，覆盖整个监测区。2 全色影像的纠正作业软件采用 ERDAS 7，由软件读取原始全色影像的 DIM 文件，将卫星参数加入到纠正模型中，再加入处理后的 DEM 数据，此时的全色影像数据已具有比较粗略的地理坐标，误差仍很大，根据影像上的特征地物点输入外业实测的 GPS 点位坐标，对GPS 点位对应的影像特征地物点进行微调，使其位置更接近于真实坐标，缩小控制点误差。对误差很大的点位进行原因分析，根据具体情况进行调整和删减，满足校正条件后对影像进行纠正处理。影像重采样分辨率为5m，重采样方法为三次卷积处理。影像控制点坐标分布及纠正误差如表2所示。应用高分辨率影像进行校正中，对于数据源的选取很重要，不同卫星、不同时像、不同质量的卫星影像对采取的校正方法和最后的校正精度有较大的影响。对于山区来说，DEM数据至关重要。良好的卫星影像、精确的特征地物点坐标和适宜的DEM数据可以把卫星影像纠正中的外部误差因素降到最低。表2 鸡西市纠正影像 307 -258 景控制点残差统计参考文献胡明成卫星遥感技术的发展和最新成就［J］测绘科学，2000，25 （1）仇肇悦，李军，郭宏俊遥感应用技术［M］武汉：武汉测绘科技大学出版社1995孙家炳遥感原理与应用［M］，武汉：武汉大学出版社2003梅安新等遥感导论［M］，北京：高等教育出版社2003党安荣，王晓东，陈小峰等ERDAS IMAGINE 遥感图像处理方法［M］北京：清华大学出版社，2003CH/T 1008－基础地理信息数字产品1∶10000、1∶50000数字高程模型［S］北京：中国标准出版社，2001
First of all,the author summarizes the application and results of remote sensing technology in petroleum exploration in land oil—bearing Then the author illustrates the features of remote sensing technology in researching geological framework,dynamics and patterns of basin structure,distribution of the interior bearing oil structure belts（areas）,comparing the remote sensing features be-tween known oil fields and area under research,and then proceeds to predict new potential Ac-cording to the theory of oil-gas seepage and its surface paragenesis effect,we can search the possibility of using remote sensing technology to detect new oil—gas fields directly,and great advances can be made in application of remote sensing Specially pointed out,new industrial oil has beengained in the potential structure belts that we predicted in Dongpu and lower Liaohe areas in 1983 All these would heighten our confidence further in direct detection of new potential areas using remote sensing technology that will be an essential method in petroleum 石油勘探与其它有关领域一样，由于卫星遥感技术的迅速渗透而充满生机。尽管卫星遥感在我国石油行业中应用起步较晚，但从1978年对新疆塔里木盆地（西部）进行遥感石油地质应用研究以来，曾利用遥感技术先后在河南、西藏、内蒙古、辽宁、山东、山西、江苏、四川及滇黔桂等15个省（区）内进行了近500万km2的石油地质应用研究，涉及了不同地质单元和地貌类型，其中新解译的局部构造或构造带近千个，断裂上万条，并预测了一批有勘探远景的含油气构造带。实践证明，各种隐伏地质体及其结构，常常同地表各种因素之间有着一定的内在联系。因此，利用这些通常看来不显眼，甚至孤立的因素进行组合的、全面的和综合的分析，就能获得揭示地下地质规律的有价值的地质资料。卫星遥感图像不但形象、真实，而且具有宏观性的特点，这是其它资料无法比拟的。因此，遥感技术不但在勘探前期的石油地质条件，包括含油气盆地的区域地质背景的研究，盆地形成的时空规律及形成机制等方面的研究有着重要的作用，而且在研究盆地本身结构特点，含油气构造带的分布和利用已知油气田图像特征类比分析，预测新油气田方面也能作出积极贡献。同时，由于卫星遥感图像具有宏观、真实和形象的特点，又有多时相的对比分析，因此在油气勘探的工程设计、环境监测方面同样有着广泛的应用前景。现就石油勘探中首要的地质问题讨论如下。一、卫星遥感在区域油气勘探中的作用没有比较，就没有重点，区域油气勘探是选择重点和确定有效勘探靶区的方法和手段。由于卫星遥感不但有真实感，而且具有广阔的视域，因而能帮助人们迅速和较全面地掌握地物或地质体的宏观规律，事半功倍地实现从点到线、从线到面的传统工作过程所要达到的目的。此外，它的真实性还填补了上述工作过程中人为因素造成的失真现象，这是卫星遥感在区域地质调查和区域油气勘探中的最大优势之一，具有特别重要的实际意义。而有效勘探靶区的选择又是取得石油勘探成功的重要一环。对于石油地质工作者来说，通常都把沉积盆地从有机质伴随沉积物堆积至石油生成、运移、聚积和保存看作是油气勘探的基本地质单元。因此，石油工作者的首要任务是在区域地质背景研究的基础上，发现和圈定各种沉积盆地。而卫星遥感图像所具有的真实、宏观的特点，恰恰能为直接确定沉积盆地及其几何形态提供精确和形象的资料。所以，对了解和研究那些通行困难、人迹罕至的高山与荒漠地区的沉积盆地，卫星遥感图像更具有卓著的功效。位于中国西北地区的塔里木盆地，就是典型的一例。塔里木盆地面积达56万km2，为一夹持于天山、昆仑山褶皱山系之间的巨大叠合型沉积盆地。其地表广为第四系覆盖，而且沙漠面积占其1/3。盆地基底为前震旦纪变质岩，盖层由古生界和中、新生界构成，最大厚度为15000m。从钻井资料看，盆地中各时代的岩性与外围出露的相应层位基本一致。目前已在古生界及中、新生界有关层位中获得工业油流。盆地西部遥感资料的地质解译表明，卫星遥感不但能从宏观上使人迅速建立起盆地的区域地质概念，而且对确定与油气聚集有关的局部构造也十分有效。据统计，盆地西部共解译出环状构造86个，其中55个与地表构造有关，其有效率可达64%。需要特别指出的是，已获工业油流的168号潜伏构造最初就是由卫星遥感资料发现的。1989年在著名的轮南构造以西的塔北地区，通过TM图像的地质解译发现了一条宽为2～5km，长达100余公里的北东向巨大潜伏断裂隆起带（见图1Lt07—Lt08）。人工地震也证实，该断裂隆起带是由两条断层夹持的古生界地垒式构造。当时根据该构造带所处的区域构造位置及图像信息显示的特征推断，该断裂隆起可能为一含油构造带。后来的钻探证实，在该断裂隆起带的两侧及隆起上均获得了多处工业油流，并将其命名为某7含油构造带。与此同时，在塔里木河两岸的大片荒漠区，根据水系刻划的微地貌特征，以及该区微地貌特征与地下潜伏构造之间存在相关性的普遍规律，发现了受水系包抄或河流环绕的雀羚斯特和阿克库木等潜伏构造（图1Rt16,Rt14—2）。前者被人工地震资料证实为奥陶系构成的潜山型隆起，四周为石炭系所披覆，后者为见油气显示的奥陶系潜山头。又如，镶嵌在昆仑山、祁连山和阿尔金山之间的柴达木盆地，1982年中美合作应用MSS资料进行石油地质解译，也取得了良好的效果。该盆地面积10万km2，是中国西部大型中新生代沉积盆地之一。地表广泛出露新第三系，东部和南部被第四系及沙漠覆盖，植被稀少，是遥感找油的良好试验区。工作结果表明，全区共解译出地面背斜131个，断裂87条。经验证，卫片解译的背斜和断裂分别占已查明数的75%和74%。而解译的28个隐伏构造，有6个已被地震勘探所证实。图1 轮台—库车地区TM地质解译图二、组合处理图像可揭示第四系覆盖区地下地质信息中国东部的含油盆地，几乎都深埋在第四系之下，石油地质调查研究完全依靠昂贵的物探方法。但河南、江苏等地的遥感石油地质应用表明，使用MSS的线性扩展、灰度调整、局部增强和彩色级上色四个程序处理并形成的新图像，可以获得地下地质结构及其特征的信息。也就是说，应用组合处理图像资料，可以在很短时间内，用有限的人力和资金，达到需要大量物探工作才能完成的石油地质调查任务。其中包括坳陷的范围和其中的二级构造带及大型局部构造。辽河坳陷就是典型例子之一。辽河坳陷位于辽东湾北岸，是渤海湾新生代沉积盆地的组成部分。陆地面积12000余平方公里。坳陷基底由前震旦纪变质岩构成，局部有少量古生界和中生界，油气勘探的目的层为老第三系。由于古生界和中生界在发育时间和空间上的差异，使老第三系与前震旦系、震旦系的不同层位接触，也因此为本区潜山系找油提供了条件。新第三系—第四系层厚800～1500m，是本区最广泛的覆盖层。辽河坳陷的范围相当于由卫片上反映出来的大型深色圆形影像北部边界的沙岭—高升—沟邦子弧线以南的整个辽南地区。环形影像的南半部因受海水影响显示不清。据测算，长半径达5km，环形影像之陆地部分的面积约400km2（见图2）。据统计，由辽河坳陷遥感图像的石油地质解译与分析所作的预测结果与事先尚未掌握已知油田资料的实际油田吻合率可达70%，而且其中的海外河预测区最近也获得了工业油流。1983年在南襄盆地的广大第四系覆盖区，组合方法处理的图像不但准确而形象地反映了各个次级凹陷的位置及空间特点，而且，对各凹陷内部的结构也跃然纸上，尤其位于南襄盆地东北部的泌阳凹陷。泌阳凹陷位于豫、鄂接壤区的河南省境内，系南襄盆地的次级构造单元，是中生代晚期（K—R）在北西西与北东向两组断裂构造严格控制下形成的陆相沉积凹陷。虽然总面积只有4700km2，但沉积物厚度可达9000m，其中白垩系厚2000m，第三系厚7000m。由于地表被100余米的第四系覆盖，凹陷内的基本地质结构全由物探方法查明。现已发现一批第三系油田，勘探正向纵深发展。为了扩大油田面积，增加后备储量，曾在当时资料的基础上，利用陆地卫星MSS图像进行了南襄盆地的形成机理及盆地局部构造分布规律的研究，同时通过该盆地已知油田遥感、物化探信息特征的总结，并以此作为类比手段，对具有相似地质背景的局部构造进行了预测研究。10年的勘探实践证明，上述工作的结果已得到验证并取得了明显的效果。泌阳凹陷以泌阳河为界分为南北两部分。北半部遥感显示其构造线为北北东向，钻井揭示第三系生油岩变差，目前，尚未发现油田。南半部则以北西向和近东向构造线为主，遥感解译发现一批环状构造，它与物探方法确定的局部构造绝大部分相吻合（图3）。尤其是R1—1—3、R1—1—9、R1—1—8、R1—4和R1—1—5等几个环形构造分别与双河、安棚、下二门、井楼及赵凹油田基本一致。更重要的是在其后的勘探中于东西走向的R1-12预测区发现了付弯等两个第三系油田。以上事实进一步说明了组合处理方法在提取第四系覆盖区地下地质信息方面的明显功效。图2 辽河坳陷卫片组合处理图像地质解译略图1—前白垩系连续露头分布区；2—前震旦系为主的潜伏隆起区；3—古生界和部分中生界基底分布；4—中生界为主的斜坡或基底；5—局部隆起；6—局部凹陷；7—明显线性构造；8—较明显线性构造；9—巨型环状构造；10—湖泊、水系三、油气的遥感检测由于一些显而易见的勘探目标越来越少，而随着现代经济的发展，能源需求量却越来越大，这就迫使石油勘探工作者不得不去寻求各种新技术和新的勘探方法以对付那些极为隐蔽和工作难度很大的勘探目标。油气信息的遥感检测，就是探测隐蔽油气藏的前缘技术之一。作为特殊地质体的地下油气藏，在其平衡条件被打破后，油气或烃类物质就要发生逸散或迁移。如地面经常见到的油气苗及沥青等，这是众所周知的事。本文在这里讨论的即是借助仪器才能发现的微渗漏造成的“微油气苗”。卫星遥感方法不仅在于识别微油气苗本身，更多的和更重要的，还在于识别由于微渗漏而产生的地表蚀变效应。因为只有蚀变区（带）才会留下该区波谱特征的异常记录，从而成为人们检测油气的可能标志。研究表明，油气渗漏造成的蚀变效应，是一个地质、地球物理、地球化学和生物作用的综合体。它不仅可以反映在异常的波谱特征上，也可以反映在地球物理场、地球化学场及土壤和植被群落的异常变化上。当然，油气微渗漏造成的地表共生蚀变效应，可因季节、地域的变化而有所不同，但就其本质而言是一样的，只是蚀变效应的程序和方面有所差别而已，何况油气的遥感检测，是以所处的地质、地理背景中的已知油气田信息特征为类比前提的。从中国东部众多油田遥感信息特征的总结中可以看出，卫星图像的特殊色调→光谱及地球物理、地球化学特征→微地貌景观特征→地下地质结构→油气田之间有着必然的联系。1985年对中原油田东濮凹陷的西斜坡及南北构造带进行了预测，现在已陆续获得工业油气流。东濮凹陷是中、新生代的构造盆地，面积5000余平方公里，主体位于冀、豫、鲁接壤的河南省内。勘探目的层深达3000～5000m，地表被厚130余米的第四系覆盖。凹陷的东侧受兰聊断裂的严格控制，基底由古生代及部分太古宙变质岩构成。该基底正如重、磁资料反映的那样，是由西北的内黄隆起向东南呈急倾状潜入巨厚的中、新生代沉积物之下，并为后期断裂复杂化了的、走向北东的单斜构造。凹陷的东部基底最大埋深达9000m，向东越过兰聊断裂之后就逐渐抬升，并成为鲁西隆起西缘的组成部分。就在兰聊断裂带的西北侧，有一宽25～30km，长大于200km的南北走向浅色影像异常区，南起河南杞县，向北包括兰考、东明等地，并从南乐、范县之间一直伸向山东境内（图4）。该浅色特殊影像异常与众多已知油田的图像特征基本一致，又具有相似的地质背景，因此，经类比后认为，这是油气微渗漏所造成地面效应的重要方面，故而预测为有利含油气区。经过多年的勘探证明，该预测区为油气的主要富集带，是本凹陷油气新增储量的主要基地，目前已陆续投入开发。图3 泌阳凹陷重力航磁异常与遥感影像异常叠合图1—线性异常影像；2—带状异常影像；3—重力等值线；4—磁力等值线；5—特殊处理图解译的环形影像；6—普通拉伸图解译的环形影像；7—已知油区图4 东濮凹陷卫星影像地质解译图1—环状构造；2—主要断裂；3—次要断裂；4—远景区；L—与基底隆起有关的环状构造；N—与隆起有关的环状构造；A—与凹陷有关的环状构造；R—与玄武岩有关的环状构造；O—与已知油田有关的环状构造；Y—预测含油气构造1987年对苏北金湖凹陷某地区根据上述原则进行了同样的预测，结果也获得了良好的油气显示，目前正在继续勘探。因此，可以说油气的遥感检测是有广阔前景的。尤其，目前正从油气微漏地面共生效应（蚀变区、带）的地球化学场和包括地面波谱特征研究在内的地球物理场等微观上进行科学的分析，以便探索油气地面共生效应的形成机制，使遥感检测有可靠的科学依据。但必须指出，上述规律是以特定的地质背景为出发点的。要使油气的遥感检测取得最佳成效，还必须考虑具体的石油地质条件和一定的地理环境。上述实践说明，卫星遥感技术在石油勘探中的应用是大有可为的，而且将成为一种不可缺少的手段，尤其在加速石油勘探进程，缩短石油勘探周期，节省勘探投资和提高经济效益等方面有着重大的实际意义。参考文献马蔼乃遥感概论北京：科学出版社，1984朱亮璞主编遥感地质学北京：地质出版社，1991中国石油地质志卷三辽河油田，北京：石油工业出版，1987中国石油地质志卷五华北油田，北京：石油工业出版，1987中国石油地质志卷六胜利油田，北京：石油工业出版，1987中国石油地质志卷七中原、南阳油田，北京：石油工业出版，1987
张玉君1杨建民2陈薇1（中国国土资源航空物探遥感中心，北京 中国地质科学院矿产资源研究所，北京）摘要：本文为关于矿产资源预测新参数——蚀变遥感异常系列论文的第一篇。文中论述了蚀变遥感异常信息提取的地质依据和波谱前提，报道了东天山大东沟至赤湖地区两万余平方公里遥感蚀变异常提取及部分异常点的实地查证结果。区内有已知矿床、矿（化）点71个，所取得的遥感异常与其中61个互洽，吻合率达9%，且与已知矿床的吻合率为100%。经首批地面查证，扩大了一处已知矿点的找矿范围。文中定义了某些相关的新技术术语。关键词：蚀变遥感异常；蚀变异常；铁染异常；遥感异常中图分类号：TP753文献标识码：A文章编号：1001-070X（2002）04-0030-07本文系中国地质科学院矿产资源研究所地质大调查项目（DKD9909001）资助引言地球物理和地球化学所提交的各类异常图件，诸如航磁异常图、布格重力异常图、区域化探异常图等等，都是独立的参数。自从Landsat 4增设两个短波红外波段（TM5和TM7波段）以来，为提取具找矿标志意义的热液蚀变岩石信息提供了有效的技术手段。20多年来，国内外遥感工作者为开发利用这种信息进行了卓有成效的试验研究，证实了蚀变岩石信息与金属矿床有较高的相关性，所提取的蚀变遥感异常作为一种找矿标志参数同样具独立性。TM（ETM+）数据的积累及计算机软硬件功能的提高已使大面积进行“扫面性”遥感异常提取工作成为可能。此类工作所涉及的理论和技术性问题如此广泛，可以和任何一个物化探独立参数所涵盖的内容相比拟，为了适应大面积TM蚀变遥感异常提取任务的需要，从本文起将系统介绍与ETM+（TM）蚀变遥感异常信息提取方法有关的各类问题。1 蚀变异常找矿的地质依据近矿围岩蚀变现象作为找矿标志已有数百年历史，有文献记载也可追索到约200a前，根据围岩蚀变信息发现的大型金属、非金属矿床更是不胜枚举，北美、俄罗斯的大部分斑岩铜矿、我国的铜官山铜矿、犹他州的大铝矿、西澳大利亚的大型金矿、墨西哥的大铂矿、美围许多白钨矿、世界大多数锡矿、哈萨克斯坦的刚玉矿等等找矿实例，充分证明交代蚀变岩石信息作为找矿标志的重要意义。岩石的交代蚀变主要是不同类型的热液与原生岩石相互作用的产物。最常见的蚀变为硅化、绢云母化、绿泥石化、云英岩化、矽卡岩化、白云岩化、重晶石化及锰铁碳酸盐化。某种有用元素的逐步富集是形成矿床的必要条件，而这种成矿物质通常由成矿热液进行迁移搬运和卸载沉淀。近矿围岩蚀变是成矿物质逐步富集成矿过程中留下的印迹。地质学家断言，绝大多数岩浆生成的矿床都伴随有其围岩的交代蚀变现象，而且蚀变带范围大于矿体分布的范围数倍至数十倍。遥感探测的是地表物质的光谱信息，因此只要有一定面积的蚀变岩石出露，遥感都有可能测出，也就是说，即或矿体隐伏，只要有蚀变岩出露，就有可能用TM发现，当然蚀变信息的强弱也很重要。关于金属矿床的围岩蚀变专著甚丰[1-3]，围岩蚀变的理论和规律是十分复杂的，现以实例来阐述蚀变分带及其强度分级（图1，图2）。图1 主要蚀变类型在美国新墨西哥的Santa Rita斑岩铜矿的分布情况[2]图2 江西德兴铜厂铜矿分带模型[4]1－钾长石化花岗闪长斑岩；2－水白云母化花岗闪长斑岩；3－水白云母化和绿泥石（绿帘石）千枚岩（凝灰岩）AnZ1j;4－千枚岩（凝灰岩）为了说明热液蚀变可能达到的强度，根据文献[3]归纳成表1。在江西德兴县铜厂铜矿的强蚀变带中，新生蚀变矿物占蚀变岩总组成的80%以上。表1 热液蚀变强度分级续表这些数字说明中等强度以上的蚀变带对于TM蚀变信息提取是十分有利的。这便是以找矿（首先是大矿、富矿）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质依据。2 蚀变异常提取的波谱前提近30年来，一批学者进行了大量岩石和矿物波谱特性研究工作，这些研究涉及晶体场理论的矿物学、固体物理学、量子力学、遥感岩石学等众多学科全国遥感地质协调小组新技术方法课题组等高光谱遥感蚀变矿物岩石识别与填图[M]译文集，，最引人注意的是Hunt和他领导的实验室在20世纪70年代系统地发表了关于矿物岩石波谱测试结果的文章，Hunt（1978）利用近300个粒状矿物的测定结果归纳出下述重要结论：（1）主要造岩矿物的主要成分，即硅、铝、镁和氧，其振动基频在中红外和远红外区，波长位于10μm附近或更长区域，第一倍频也在5μm附近或更长区域，高倍频谱带强度太弱，所以在可见—近红外（VNIR）区不产生具有诊断性的谱带。（2）岩石中的次要成分，如铁杂质或蚀变矿物，在岩石特征谱带形成中占有优势。换言之，在可见及近红外区中，天然矿物和岩石最常见的光谱特征是由以这样或那样形式存在的铁产生的，或者是由水、OH－基团或 基团产生的。（3）热液蚀变矿物在短波近红外波段具有诊断性强的吸收特征，它们是纯矿物本身固有的特征。不同矿物混合在一起组成的岩石，并不能改变矿物的波谱特征，因此，岩石的波谱是组成岩石的纯矿物波谱的线性组合，但某种矿物吸收特征的强弱不但取决于其含量，而且还取决于辐射能量的可接近程度。例如，某一矿物被透明矿物所包围时，其吸收特征就较强，反之亦然。吸收特征的尖锐程度取决于矿物的结晶程度，结晶程度越好，吸收特征越明显。（4）绝对反射率和谱带的光谱对比度对矿物颗粒大小非常敏感，对透明物质来说，一般粒级越小，总反射率越高，但光谱对比度降低；对不透明物质，粒级越小，反射率越低。现将对岩石矿物在可见光一近红外区反射光谱特征起主导作用的离子和基团的重要吸收谱带列入表2，并引用两个波谱曲线图（图3，图4），直观地展示含三价铁离子矿物及热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线。图3 含Fe3＋矿物的反射波谱曲线（纵坐标经零点偏移，据Lee和Raines,1984）表2 对岩石矿物在可见光—近红外区反射光谱特征起主导作用的离子和基因的重要吸收谱带图4 热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线（A－热液蚀变岩石中常见矿物的反射波谱曲线，纵坐标经零点偏移；B－由左侧矿物反射波谱曲线组合而成。据Knepper,1989）表3列举了我国西部某些地区典型地质体及地物在TM各波段的像元亮度值，并将它们绘制成为曲线图（图5）。表3 我国西部某些地区典型地质体及地物TM各波段像元亮度值（据图像采样统计结果）续表图5 我国西部某些地区典型地质体及地物TM各波段像元亮度值曲线图（a）表示铜、铁、金矿床蚀变岩石反射波谱特征曲线；（b）表示干扰地物反射波谱特征曲线；（c）表示不同围岩与植被等地物的反射波谱特征曲线从图5可以看山：①曲线1～3反映了不同类型矿床（铜、铁和金）蚀变岩波谱特征，曲线具双峰现象，它由蚀变带中OH－离子对TM7波段的强吸收和Fe3＋离子对TM1、TM2和TM4波段的吸收造成，是进行蚀变异常提取的依据；②线5～8为不同围岩的波谱特征曲线，其特征明显区别于上述各蚀变岩石的，故一般不会对蚀变岩提取造成干扰；③曲线4对应白色大理岩，由于 离子的作用，曲线具有TM5高于TM7的特征，故可能造成干扰异常；④曲线13（水域）及曲线14（冰）的特点是可见光（TM1、TM2、TM3）区高，以蓝光波段（TM1）为最强，在近红外区急剧下降，以TM5和TM7为最低，形成很特殊的曲线形态，利用此特征可以消除水域（水库、湖泊、河流）及冰面可能造成的干扰；⑤曲线15（雪）及曲线16（云）在TM1—TM4上具有高值，曲线12（盐碱地）在TM4上有高值，曲线10（荒田地）在各波段均有高值，可据此特征消除（或减少）雪、云、盐碱地和荒田地的干扰；⑥冲积扇（曲线11）在不同条件下波谱曲线变化较大，是形成干扰异常的重要因素之一；⑦曲线9代表生长茂盛的农田，在TM4上有强亮度值，是由于植被在近红外波段的“陡坡效应”所形成的，故植被茂盛区的异常提取会受到一定影响。对于各类干扰（水、冰、云、雪、雾、植被、盐碱地、阴影等）的去除，将进行专题讨论。3 东天山大东沟—赤湖地区蚀变遥感异常提取及查证在中围地质调查局大调查项目“东天山铜金成矿地质背景和成矿过程研究”的执行过程中，我们在大东沟—赤湖（200km×104km，约20800km2）的ETM＋卫片范围内提取了蚀变遥感异常。ETM＋卫片编号为13931，成像日期为2000年10月23日，蚀变异常提取的范围为东经91030′～93°40′，北纬41°30 ′～42°12 ′，提取的方法以主分量分析为主，具体流程与在甘肃柳沟峡所用基本相同[6]。1 异常点与已知矿化点坐标对比在完成了东天山地区20800km2ETM＋蚀变遥感异常提取的基础上，我们对大东沟一赤湖范围内已知的71个铜、铜钼、金、铁、铁锰、铅、镍等矿床、矿（化）点与提取的ETM＋蚀变遥感异常进行了统计分析，其中61个矿床、矿（化）点的实测坐标与蚀变异常中心坐标吻合，吻合率为9%。需要指出的是，与已知矿床的吻合率达100%。2 实地查证2001年6月至8月，项目组与新疆地调院第二地调所共同工作，将 ETM＋蚀变遥感异常与地质、构造、化探、物探等多元信息综合，选出一些可供查证的蚀变异常，进行了实地查证。经过两个多月的工作，验证了各类蚀变异常点50个，其中有17个为已知的铜、铜钼、金、铁、铁锰、铅、镍等矿床、矿（化）点，17个为新发现的与铜、金等有关的矿化蚀变异常点，16个为非矿化蚀变点。在这17个新发现的与铜、金等有关的矿化蚀变异常点中，地表见到了黄铁矿化、硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、孔雀石化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化等矿化蚀变。在这些新发现的异常区中，有的扩大了已知矿点的找矿范围，有的具有良好的找矿前景。3 已知典型矿床的异常查证（以延东—土屋斑岩型铜矿床为例）这一矿区内包括土屋、土屋东和延东3个大型铜矿床。铜矿床位于塔里木板块与准噶尔板块碰撞对接缝合带的北侧，即准噶尔板块最南缘的石炭纪增生拼贴岛弧带中。矿区内出露与铜矿（化）体相关的地层主要为石炭系（?）企鹅山群，出露岩性为玄武岩、安山岩、安山质砾熔料、火山角砾岩、岩屑砂岩、含砾岩屑砂岩、复成份砾岩、沉凝灰岩等。矿体及近矿围岩普遍孔雀石化。土屋、土屋东和延东铜矿即分布在火山熔岩与碎屑岩、火山碎屑岩的接触带上。中酸性浅成岩体是重要的控矿地质体，主要有细碧岩、花岗斑岩、斜长花岗斑岩、安山岩、石英斑岩等，通常呈岩枝、岩脉状产出，走向多为 NEE-SWW向，与区域构造线方向基本一致，单个岩体出露面积约30km2。矿体赋存位置为细碧岩体的中底部，其间穿插少量斜长花岗斑岩。矿体直接底板主要为角砾状沉凝灰岩、含砾砂岩和后期侵位的细碧岩，底板岩石多呈隐爆角砾状，发育黄铁矿碳酸盐脉。矿体顶板为同期同成分细碧岩，与矿体呈渐变过渡关系，亦发育同成分隐爆角砾岩。（岩）矿体蚀变类型齐全，蚀变分带明显，矿体及顶板蚀变强度（晕宽）大于底板，自中心向两侧可依次划分强硅化带、黑云母带、石英－绢云母带、绢云母－（泥化、石膏化）青盘岩化带和青盘岩化带。黑云母带基本分布在主矿体内部，其他蚀变带与矿体间不存在专属性（时有时无）。土屋、土屋东和延东铜矿床蚀变异常的提取结果如彩版附图13（6）所示。将土屋、土屋东和延东铜矿床蚀变异常图与1∶1万土屋、土屋东和延东铜矿床地质图（图6）进行对比，从中可以看出，两者在地层、构造、岩浆岩及矿床等地质要素的空间展布上完全一致。验证结果证实本次工作提取的ETM＋蚀变遥感异常图与已知矿床极为吻合。图6 土屋—延东铜矿区地质略图（据新疆地质调查院第二调查所姜立丰等改编，2002）4 对已知矿点扩大找矿范围的查证（以A金矿点为例）A金矿点位于阿奇克库部克断裂南侧附近，属于北天山古生代雅满苏—阿齐山岛弧带[7]。出露地层主要为玄武质火山岩、安山质火山岩与大量碳酸岩夹层。A金矿点是新疆地调院第二地调所于2001年5月发现的，探槽见到产于大理岩中的脉状金矿体，主要为硫化物石英脉，大理岩蚀变强烈，表现为黄钾铁矾化、炭化、硅化、褐铁矿化（彩版附图13（7））。与此同时所提取的蚀变异常中不仅有与A金矿点对应的异常，而且在它的西北方向约5km处还有东西向展布的蚀变异常（彩版附图13（8））。后者在同年8月异常地面查证后，经探槽揭露也发现了金矿脉。这是蚀变遥感异常找矿方法及时快速扩大找矿范围的又一个实例。彩版附图13（9）是查证时所拍的自然景观。4 讨论（1）大东沟至赤湖一带蚀变遥感异常与已知金属矿床完全互洽，对全部矿床、矿（化）点吻合率高达9%。因此有理由确信，蚀变遥感异常是一种廉价、快捷、定位精确且应用效果好的独立参数，特别是对于高山、交通不便、工作程度较低的地区尤为重要。（2）蚀变遥感异常在应用MSS图像时期仅有可能圈定由蚀变作用产生或非蚀变作用产生的三价铁氧化物；TM则呈献了提取并区分蚀变异常及铁染异常的可能性。为避免术语上的淆惑，在今后的讨论中我们将二者统称为遥感异常，并作为蚀变遥感异常的简称。现将相关术语定义如下：①蚀变遥感异常（简称遥感异常）。依据地表蚀变岩石原、次生矿物中的Fe3＋、OH－等引起的光谱强吸收现象，利用数学分析（变换）方法从TM数据中提取的特殊遥感信息——蚀变遥感信息。其灰度图的背景值和异常下限一般由均值加k倍标准离差界定，高于背景值的蚀变遥感信息区、带称为蚀变遥感异常。②蚀变异常。源于OH－等阴离子基团振动过程的蚀变遥感异常称为蚀变异常。③铁染异常。源于Fe3＋等阳离子电子过程的蚀变遥感异常称为铁染异常。（3）迄今对于TM信息在找矿方面的利用大多限于局部地区，其潜力远未被穷尽。中国地质调查局为适应西部开发及资源大调查的形势，决定展开蚀变异常提取快速遥感扫面，这无疑是非常适时的，可以预言，这项规划的历史作用在某些方面将可与区域化探相比拟。致谢：曾朝铭同志对本工作给予了很大关注，提出遥感异常是成矿预测的“新参数”，并多次参与讨论，提出宝贵意见，特此致谢！参考文献[1]Курек Н Н Измененные окодорудные лороды и их поисковое значение[М]，Госгеотехизлат，Мосхва，1954[2]B热液矿床地球化学（上、下）[M]北京：地质出版社，1985,1987[3]Шехгман热液矿床详细构造预测图[M]北京：地质出版社，1982[4]黄崇轲等中国铜矿床（上、下册）[M]北京：地质出版社，2001[5]遥感专辑，第一辑，矿物岩石的可见—中红外光谱及应用[M]北京：地质出版社，1980[6]张玉君，杨建民基岩裸露区蚀变遥感信息的提取方法[J]国土资源遥感，1998,（2）:46～53[7]毛景文，杨建民，朝春明等东天山铜、金多金属矿床成矿系统和成矿地球动力学模型[J]地球科学，2002待刊A STUDY OF THE METHOD FOR EXTRACTION OF ALTERATION ANOMALIES FROM THE ETM+（TM）DATA AND ITS APPLICATION: Geologic Basis and Spectral PreconditionZhang Yu jun1,Yang Jian min2,Chen Wei1（China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,China；Chinese Academy of Geological Sciences,Institute of Mineral Deposis,Beijing 100037,China）Abstract:This is the first paper in the serial articles on the new parameter for the prediction of the nuneral resources alteration RS The geological basis and the spectral presupposition for the alteration anomalies are The result of extracting alteration anomalies in an area of more than 20000 square kilometers within East Tianshan Mountains and the result of the in-situ investigation of some anomalies are Among the 71 known deposits or mineralization spots in this area,61 have the corresponding alteration The coincidence coefficient is as high as 9%some new related terms are Key words: Alteration RS anomaly；Alteration anomaly；Ferric contamination anomaly；RS anomaly原载《国土资源遥感》，2002,N4。
森林资源调查中SPOT5遥感图像处理方法探讨王照利、黄生、张敏中、马胜利（国家林业局西北林业规划设计院，遥感计算中心，西安710048）本文发表于＜陕西林业科技＞2005 N1 P27-29,55 摘要： 目前，多光谱、高空间分辨率的SPOT5卫星遥感数据被广泛应用到森林资源调查中。本文结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的处理和信息提取。探讨性地提出了适应于森林资源调查的SPOT5遥感数据处理方法。 关键词：SPOT5 遥感数据，森林资源调查、数据处理DISCUSSION ON SPOT5 IMAGE DATA PROCESSING FOR FOREST INVENTORYWang Zhaoli, Huangsheng,Zhangminzhong,Ma Shengli(Northwest Institute for Forest Inventory, Planning &Design, Xi’an China 710048) Abstract: Now days, high spatial resolution and multispectral SPOT5 image data are widely applied in forest inventory in C Based on the characteristics of SPOT5 image and requirements of forest inventory, this paper discusses the processing procedures of ordering image data, ortho-rectification, image bands composition and image data The complete steps of image processing for forest inventory are Key words: SPOT5 image data，forest inventory, data processing 前言 卫星遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率（光谱和空间）、多时相、周期性、信息量丰富等特点，所以卫星遥感影像既可以提供森林资源的宏观空间分布信息又能提供局部的详细信息以及随时间、空间变化的信息等[1]。目前在林业领域卫星遥感数据被广泛的应用于不同尺度层次的森林资源调查、资源监测、病虫害、火灾监测等方面。2002年5月法国SPOT地球观测卫星系列之5号卫星（即SPOT5星）发射。SPOT5遥感数据的多光谱波段空间分辨率为10米（短波红外空间分辨率为20米），但全色波段空间分辨率达到5米。SPOT5遥感数据的高空间分辨率和多光谱分辨率为森林资源调查提供了丰富的、可靠的、高精度的基础数据源。从性价比分析，在其他高分辨率遥感数据目前比较昂贵的状况下，SPOT5遥感数据比较适宜应用于大面积的森林资源调查，可大幅度的森林调查的减少外业工作量、提高工作效率。在我国SPOT5卫星数据已被大量地应用于森林资源调查工作中，尤其，是在森林资源“二类”调查中被作基本的森林资源信息源提取各类信息。针对于将多光谱分辨率和高空间分辨率的SPOT5遥感数据应用于森林资源调查的数据处理技术和方法鲜有报道。本文总结工作实践，结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的订购、正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的基本处理方法。 1．SPOT5卫星遥感数据特点 SPOT卫星系统采用线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转式平面镜可以进行倾斜观察获得倾斜图像和立体像对。采用与太阳同步的近极地的椭圆形轨道，轨道高度约832Km，轨道倾角7o ，每天绕地球14圈多，重复覆盖周期26天[2]。由于有倾斜观测功能，使重复覆盖周期减少到2-3天。SPOT5卫星载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像装置（HRS）和1台宽视域植被探测仪（VGT）。高分辨率几何成像仪的波段选择是总结了多年的研究成果，认为HRG的波段设置（见表1）足以取得辨别作物和植被类型的最佳效果。本文主要探讨HRG高空间分辨率数据的处理。 2．SPOT5数据的处理方法和过程 SPOT5数据处理工作流程： 1 遥感数据的订购 订购数据时，用户需向数据代理商提供购买区域的四个角的大地坐标或者数据的景号（PATH/ROW）。特别应该注意数据订购时间和用户拿到数据之间有时间差，间隔时间长短因用户的要求、天气、卫星重复覆盖周期而异。相对于其他卫星数据，比较有利的一面是SPOT5卫星装置有旋转式平面镜可以进行倾斜观察，用户可向代理商申请红色编程提前得到调查区域的遥感数据，但要支付编程费。对于遥感数据的时相、云量、入射角、阴影量、是否购买高空间分辨率的全色波段等用户根据自己具体的工作需要向代理商提出限制要求。 根据我们对SPOT5遥感数据的使用，对于森林资源调查，北方9，10月份和11月初的遥感影像比较适宜。代理商向用户提供经过处理的不同级别的影像产品，在森林资源调查中建议购买SPOT1A级产品，用户可根据自己的工作需要进行处理，同时也可减少费用。 2 基础数据准备 大比例尺地形图和高精度DEM是进行SPOT5遥感数据高精度正射校正必需的基础地理数据。建议购买1：10000地形图和1：25000数字高程模型（DEM）。 将1：1万地形图扫描，扫描分辨率设置为300DPI。将扫描好的地形图进行几何精纠正，纠正精度控制在3毫米内。从测绘部门购买的1：1万地形图为北京54坐标系3度分带高斯克吕格投影，而1：5万DEM为北京54坐标系6度分带投影。在数据准备时，将校正好的1：1万地形图通过换带转换转成和DEM一致的6度分带投影。 对于没有1：1万地形图的地区，建议使用差分GPS接收机采集地面控制点。 3几何正射校正 正射校正过程应用了法国SPOT公司发行的GEOIMAGE软件。GEOIMAGE软件有针对SPOT5卫星数据开发的SPOT5物理模型。模型模块自动读取DEM信息。SPOT 物理模型可读取卫星在获取遥感数据的瞬间状态参数，这些参数存贮在数据的头文件中[3]。卫星状态参数包括：卫星成像瞬间的经纬度、高度、倾角等。卫星状态参数能够帮助提高几何校正的精度。 以校正好的1：1万地形图为基准，在影像图上找出和地形图上地物相匹配的明显地物作为地面控制点。在进行正射校正时，应先进行全色波段数据校正，然后以校正好的全色波段数据为基准进行多光谱数据校正。以全色波段数据为基准校正多光谱波段就比较容易校正，且能提高两者的匹配精度。地面控制点应分布均匀，影像的边缘部分布要有控制点分布，同时在不同的高程范围最好都有控制点。地面控制点的数量因地形地貌的复杂程度而定，根据我们的经验，一景60KmX60Km的SPOT5数据，一般地势平缓的地区20个左右控制点即可达到满意的结果，在高山区25个左右控制点就可使正射校正精度满足要求。重采样方法采用双线性内插法。 4 辐射校正 用户购买的SPOT5的各级数据，数据提供商已经根据卫星的记录参数对遥感数据做了辐射校正，即消除了传感器自身引起的、大气辐射引起的辐射噪声。若果影像存在薄雾或地形高差较大引起的辐射误差情况，用户应进一步进行辐射校正处理。薄雾的简单消除原理是基于近红外波段不受大气辐射影响，清澈的水体或死阴影区的数值应为零。从各波段数据中减去近红外波段的水体或阴影的不为零值。地形起伏引起的辐射误差校正公式: f (x,y)=g(x,y)/cosa，g(x,y)为坡度为a的倾斜面上的地物影像；f (x,y)为校正后的影像。由于坡度因子参与校正所以需要DEM支持。 5 波段组合 根据SPOT5数据波谱特征（表1），各波段分别记录反映了植被的不同特征方面：B4（SWIR）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感。经过比较分析和实际应用发现SPOT5的B3、B4、B2波段组合对植被类型的识别要优于B3、B2和B1的组合。但由于B4波段的空间分辨率为20米，使B342组合对植被空间几何细节表达没有B321组合清晰，例如林缘界线信息表达方面B321要优于B342。 6 影像数据融合 对于购买有高空间分辨率全色波段数据的用户，进行数据融合是必不可少的。影像数据融合能够综合不同波段、不同空间分辨率数据（层）的特征，融合后的数据具有更丰富、更可靠的信息[4]。 根据影像数据融合的水平阶段，影像融合分为：像元级、特征级和决策级三个层次。为了最大限度的从SPOT5遥感数据中提取森林植被信息，应进行像元级的数据融合，将5米的全色波段和10米多光谱数据进行融合。融合得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱特征。像元级数据融合的方法多种多样，根据数据融合的目的，即最大限度的突显森林植被信息，应选取B4、B3、B2和PAN波段，根据我们的试验Brovey 融合算法方法比较理想： 7遥感影像地图 将融合好的数据按Rfused、Gfused、Bfused组合，叠加上行政界线、公里格网、坐标、比例尺等辅助信息，按1：1万地形图分幅生成1：1万纸质图作为外业手图。 结果和讨论 1 几何精度 利用SPOT5物理模型，采用1：1万地形图和5万DEM ，经过正射校正处理，可使影像的几何精度控制在2个像元内（<10米）,达到1：1万制图标准要求。为以遥感影像为基础信息源提取林分调查因子、区划林班界线生成大比例尺的林相图、森林分布图提供了几何精度保障。 2 波段选择 对于没有全色波段的情况，SPOT5数据的B342组合有利于森林植被类型的识别。在应用遥感技术进行森林资源调查区划中，林分类型信息提取是最为重要的环节，所以B342波段组合是小班区划和外业手图的最佳组合。 3 融合效果 融合数据技术使SPOT5遥感影像既具有全色波段的高空间分辨率又拥有多光谱数据的光谱分辨率，丰富了遥感影像的信息量。采用Brovey算法使SPOT5遥感影像从色彩、纹理等方面增强了影像的可判读性，提高了小班因子正判率和林分小班的区划精度。 参考文献 1．周成虎，杨晓梅，骆剑承等《遥感影像地学理解与分析》，科学出版社，北京，2001，3- 2．赵英时《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，北京，88-90 3．北京视宝卫星图像有限公司《专业制图工作室GEOIMAGE用户指南》，2004，68- 4．Christine P Geometric Aspects of Multisensor Image Fusion for Topographic Map Updating in The Humid Tropics, ITC Publication, 1996,51-21世纪遥感与GIS的发展 来源： 李德仁 时间： 2005-08-11-23:09 浏览次数: 79 21世纪遥感与GIS的发展李德仁 （武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞瑜路129号，430079） 摘要：在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测，并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上，为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中，遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为一门科学、技术和经济实体。本文深入地论述了21世纪中遥感的6大发展趋势和GIS的5个发展特征。 关键词：发展趋势；航空航天遥感；地理信息系统；对地观测 中图法分类号：P208；P9 随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。 1 遥感技术的主要发展趋势 1 航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率） 从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。 卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的62m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。例如，美国宇航局的长远计划是要发射一系列太阳同步和地球同步的长波SAR,美国国防部则要发射一系列短波SAR，实现干涉重访问间隔为8d、3d和1d，空间分辨率分别为20m、5m和2m。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十五”期间，我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。 2 航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制 确定影像目标的实地位置（三维坐标），解决影像目标在哪儿（Where）是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，利用DGPS和INS惯性导航系统的组合，可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置（POS），从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术的推广应用，将改变目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成，可实现实时三维测量（LIDAR），自动生成数字表面模型（DSM），并可推算出数字高程模型（DEM）。 美国NASA在1994年和1997年两次将航天激光测高仪（SLA）安装在航天飞机上，企图建立基于SLA的全球控制点数据库，激光点大小为100m，间隔为750m，每秒10个脉冲；随后又提出了地学激光测高系统（GLAS）计划，已于2002年12月19日将该卫星IICESat（cloud and land elevation satellite）发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS发射近红外光（1064nm）和可见绿光（532nm）的短脉冲（4ns）。激光脉冲频率为40次/s，激光点大小实地为70m，间隔为170m，其高程精度要明显高于SRTM，可望达到m级。他们的下一步计划是要在2015年之前使星载LIDAR的激光测高精度达到dm和cm级。 法国利用设在全球的54个站点向卫星发射信号，通过测定多普勒频移，以精确解求卫星的空间坐标，具有极高的精度。测定距地球1300km的Topex/Poseidon卫星的高度，精度达到±3cm。用来测定SPOT 4卫星的轨道，3个坐标方向达到±5cm精度，对于SPOT 5和Envisat，可望达到±1m精度。若忽略SPOT 5传感器的角元素，直接进行无地面控制的正射像片制作，精度可达到±15m，完全可以满足国家安全和西部开发的需求。 3 摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化 从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义（What）是摄影测量与遥感的另一大任务。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像，也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。我国学者在这些方面取得了不少可喜的成果。 4 利用多时像影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化 利用遥感影像自动进行变化监测（What change）关系到我国的经济建设和国防建设。过去人工方法投入大，周期长。随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现，实时自动化监测已成为研究的一个热点。 自动变化监测研究包括利用新旧影像（DOM）的对比、新影像与旧数字地图（DLS）的对比来自动发现变化和更新数据库。目前的变化监测是先将新影像与旧影像（或数字地图）进行配准，然后再提取变化目标，这在精度、速度与自动化处理方面都有不足之处。笔者提出了把配准与变化监测同步的整体处理[1]。最理想的方法是将影像目标三维重建与变化监测一起进行，实现三维变化监测和自动更新。进一步的发展则是利用智能传感器，将数据处理在轨完成，发送回来的直接为信息，而不一定为影像数据。 5 摄影测量与遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用 “数字地球”概念是在全球信息化浪潮推进下形成的。1999年12月在北京成功地召开了第一届国际“数字地球”大会后，我国正积极推进“数字中国”和“数字省市”的建设，2001年国家测绘局完成了构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略研究。在已完成1∶100万和1∶25万全国空间数据库的基础上，2001年全国各省市测绘局开始1∶5万空间数据库的建库工作。在这个数据量达11TB的巨型数据库中，摄影测量与遥感将用来建设DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和CP（控制点数据库）。如果要建立全国1m分辨率影像数据库，其数据量将达到60TB。如果整个“数字地球”均达到1m分辨率，其数据量之大可想而知。本世纪内可望建成这一分辨率的数字地球。 “数字文化遗产”是目前联合国和许多国家关心的一个问题，涉及到近景成像、计算机视觉和虚拟现实技术。在近景成像和近景三位量测方面，有室内各种三维激光扫描与成像仪器，还可以直接由视频摄像机的系列图像获取目标场三维重建信息。它们所获取的数据经过计算机自动处理后，可以在虚拟现实技术支持下形成文化遗迹的三维仿真，而且可以按照时间序列，将历史文化在时间隧道中再现，对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。 6 全定量化遥感方法将走向实用 从遥感科学的本质讲，通过对地球表层（包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈4大圈层）的遥感，其目的是为了获得有关地物目标的几何与物理特性，所以需要通过全定量化遥感方法进行反演。几何方程式是有显式表示的数学方程，而物理方程一直是隐式。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，相信在21世纪，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化，遥感基础理论研究将迈上新的台阶。只有实现了遥感定量化，才可能真正实现自动化和实时化。 2 GIS技术的主要发展趋势 1 空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象[2] GIS发展曾经历过栅格、矢量两个不同数据结构发展阶段，目前随着高分辨率卫星遥感数据的飞快增长和数字地球、数码城市的需求，形成了面向对象的数据模型和三库（图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库）一体化的数据结构。这样的数据库结构使GIS的发展更加趋向自然化、逼真化，更加贴近用户。以面向应用的GIS软件为前台，以大型关系数据库（Oracle 8i,9i等)为后台数据库管理，成为当前GIS技术的主流趋势。 2 空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多位和实时三维可视化 在传统的GIS中，空间数据是以二维形式存储并挂接相应的属性数据。目前，空间数据表达的趋势是基于金字塔和LOD（level of detail）技术的多比例尺空间数据库，在不同尺度表示时可自动显示出相应比例尺或相应分辨率的数据，多比例尺数据集的跨度要比传统地图的比例尺大，在显示不同比例尺数据时，可采用LOD或地图综合技术。真三维GIS的空间数据要存储三维坐标。动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化监测中已有较好的应用，真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段。基于三库一体化的时空3D可视化技术发展势头迅猛，已能再PC机上实现GIS环境下的三维建筑物室外室内漫游、信息查询、空间分析、剖面分析和阴影分析等，基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外，可以同时拥有一个Cyber空间。 3 空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识 GIS是以应用导向的空间信息技术，空间分析与辅助决策支持是GIS的高水平应用，它需要基于知识的智能系统。知识的获取是专家系统中最困难的任务。随着各种类型数据库的建立，从数据库中挖掘知识成为当今计算机界一个非常引人注目的课题。从GIS空间数据库中发现的知识可以有效的支持遥感图像解译，以解决“同物异谱”和“同谱异物”的问题。反过来，从属性数据库中挖掘的知识又具有优化资源配置等一些列空间分析的功能[3]。尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段，但随着数据库的快速增大和对数据挖掘工具的深入研究，其应用前景是不可估量的。 4 通过Web服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究及地学信息服务事业 随着计算机通讯网络（包括有线和无线网）的大容量和高速化，GIS已成为在网络上的分布式异构系统。许多不同单位、不同组织维护管理的既独立又互联互用的联邦数据库，将可提供全社会各行各业的应用需要。因此，联邦数据库和互操作（federal databases & interoperability）问题成为当前国际GIS联合研究的一个热点。互操作意味着数据库中数据的直接共享，GIS规律功能模块的互操作与共享，以及多点之间的相同工作，这方面的研究已显示出明显的成效。未来的GIS用户将可能在网络上缴纳为其需要所选用数据和软件功能模块的使用费，而不必购买这个数据库和整套的GIS软硬件，这些成果产生的直接效果是GIS应用将走向地学信息服务。 目前已兴起的LBS和MLS，即基于位置的服务和移动定位服务，突出地反映了这种变化趋势。它引起的革命性变化使GIS将走出研究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。我国目前已有2亿个手机用户，若每人每月为MLS支付10元费用，全国一年的产值将达到240亿。可以预测在不久的将来，地学信息将能随时随地为任何人和任何事情进行4A服务（geo-in-formation for anyone and anything at anywhere and anytime）。 5 地理信息科学的研究有望在本世纪形成较完整的理论框架体系 笔者曾扼要地叙述了地球空间信息科学的7大理论问题[4]：（1）地球空间信息的基准，包括几何基准、物理基准和时间基准；（2）地球空间信息标准，包括空间数据采集、存储与交换标准、空间数据精度与质量标准、空间信息的分类与代码标准、空间信息的安全
党福星（航空物探遥感中心，北京 100083）多光谱遥感技术是一种根据地表地物的电磁波谱特征，利用多光谱扫描仪从空中探测地面信息的技术。多光谱遥感资料的多波谱特性，是识别地物和提取地表信息的重要依据之一，利用遥感波谱信息进行地物识别和信息提取，不但信息量大，而且信息处理可以定量化。目前，应用多光谱遥感资料所精细反映的地表地物的电磁波谱特性，进行地物信息的定量提取研究是多光谱遥感技术应用中的重要内容和热点，本文以地面地物信息的定量化提取为研究内容，提出了地物识别的新思路，探讨了多光谱信息定量化分析技术在遥感解译应用中的具体研究途径，对今后进一步开展遥感解译定量化研究具有实际意义。图1是多光谱遥感定量化分析技术流程。试验采用的是航空多光谱扫描原始数据，具有较高的波谱和空间分辨率（10个波段，5m的像元），地面主要地物波谱资料是通过地面准同步测试获取的。试验研究包括两部分：第一是遥感图像数据定量化，主要内容有大气散射校正、噪声消除、基于机下点的图像归一化校正和反射率图像生成。第二是利用地物的地面反射率值与遥感图像的光谱信息的相关特征以及反射率值的变化趋势，建立遥感地物反射光谱解译模型，进行地物属性信息的定量提取，为研究人员提供较高精度的专题信息图像和有利于计算机的自动成图。图1 试验研究方法技术流程一、试验区概况及遥感数据定量化（一）试验区概况及主要地物波谱特征本次航空多光谱扫描数据是于1991年9月和1993年8月用DS—1268系统分别在新疆西北部地质找矿区和冀中农业平原区采集的。试验区概况如下。农业区及主要地物波谱农业区以滦河流域平原为主，平原地区平均海拔高度为70m，试验区内平均高差不足50m。本区地物类型主要有植被、水体、裸土等，植被有农作物、树木、杂草等。农作物类型主要是玉米和花生，成片大面积分布，其混合像元率为0～10%。树木主要有成片树林和在耕地之间、道路两旁、建筑物旁成排分布的两种形式，混合像元率为20%和60%左右，草地主要分布在山坡和河滩，混合像元率为20%～80%，分布不均匀。本区无植被覆盖地物主要是滦河水、池塘水、裸露的砂土和砾石，主要分布在道路区、人工建筑区以及河滩等。典型地物波段反射光谱数据如表1所示。表1 农业区主要地物波段反射光谱数据（%）地理、地质及主要地物波谱地质找矿调查区位于我国西北的新疆阿舍勒地区，区内有一大型铜矿床。试验区属北温带寒冷半干旱气候区，区内基岩裸露较好，在低山丘陵区的沟谷中植被发育，多生茅草类；山坡（阴坡）上生长有蒿类及野刺玖、兔儿条等灌木，整个地势由南西向北东依次增高，分别为750m、800m、850m，呈似台阶状上升。区内地层主要出露有上古生界中泥盆系依托克萨雷组、阿尔泰组，下石炭系口山咀组，第三系、第四系主要分布在研究区南部。上述地层构成长轴为北西向的向斜，沿其走向在西北端与南阿勒泰构造成矿带相连。区内构造复杂，矿床位于玛尔卡库里深断裂北东侧近南北向的次级断裂带中，沿断裂各种岩石普遍受挤压破碎，矿区附近受到不同程度的区域变质和动力变质作用及成矿热液蚀变的影响，使得岩石变得复杂化。围岩蚀变强烈，蚀变范围较广而且种类繁多，岩石强烈硅化、绢云母化和绿石化，且发育有一定量的褐铁矿化及铁帽，形成明显的退色蚀变带。区内主要岩石类型可分为矿化蚀变岩、非矿化蚀变岩及未蚀变（弱蚀变）岩石。表2是试验区主要地物的波段反射光谱数据。（二）遥感图像数据定量化本项试验在保证精度的前提下，对ATM图像进行了必要的预处理，包括图像的条带、噪声去除、大气散射校正、图像归一化校正和反射率值恢复等。原始的遥感图像数据除了包含地物光谱反射率信息外，也包含着大气辐射传输效应、地形效应和不同波段的增益影响。剔除这些干扰因素，将原始图像数据转换为反射率图像是多光谱数据定量化解译和分析不可少的基础性工作。转换的方法很多，本次试验仅采用波谱平台对数剩余值法和线性回归法。表2 地质试验区主要地物波段反射光谱数据（%）线性回归法的数学表达式为：航空物探遥感论文集式中：Rj（i）为第j波段第i像元的反射率；Aj,Bj为线性回归系数；Lj（i）为第j波段第i像元的图像亮度值。该方法的适用条件是定标地物分布均匀、面积足够大（约10×10像元）而且地形起伏不能太大。波谱平台对数剩余值法克服了对数剩余值法中背景地物压制目标地物吸收特征这一缺陷，其数学模型为：航空物探遥感论文集式中：G′j（·）为波段j上处于波谱平台区的所有像元的几何平均值；G′（·）为所有处于波谱平台区的像元在所有波段上的几何平均值；G（i）为第i像元点在所有波段的几何平均值；Rj（i）为第j波段第i像元的波谱平台反射率对数值。该模型的适用条件是像幅内大气水平均匀。二、试验区地物反射光谱解释模型建立（一）用于农业区地物识别的反射光谱解释模型建立及定量化分析多光谱遥感图像的波谱特征是地物识别的重要依据，而建立判别地物属性的反射光谱解译模型是识别地物的关键。我们利用试验区主要地物的地面反射率值与遥感图像中光谱信息的相关特征以及反射率的变化趋势，建立了地物反射光谱解译模型，这些模型主要有：①归一化差值植被指数In,v航空物探遥感论文集②垂直植被指数Iv航空物探遥感论文集③综合比值植被指数Ir,v航空物探遥感论文集式（3）、（4）、（5）中R3、R4、R7、R8分别为DS—1268系统第3、4、7、8波段图像的反射率值。各主要地物的判别指数动态变化范围如表3。表3 主要地物判别指数动态变化范围（二）矿化蚀变信息解译模型的建立及其数据特征定量分析在地质研究区内地表满足朗伯体假定、地形起伏中等、大气状况均匀的情况下，预处理后的多光谱图像j波段传感器对地面某点成像时所记录的第i个像元的反射率值可表示为：航空物探遥感论文集式中：pij为图像内第j波段的第i个像元对应的地面目标波段反射率值；ρkl为平台区内第l波段的第k个像元对应的地面目标波段反射率；m为多光谱图像的波段数；n′为平台区像元个数；Rij为图像反射率值。由式（6）可知，图像反射率值仅与平台像幅内地物的和目标地物的反射光谱特征有关。由于平台区选取地物（花岗斑岩）满足灰体的反射特性，因此对于多光谱图像的两个波段的综合比值图像上某一像元点的值可表示为如下形式：航空物探遥感论文集由式（7）可知，在一定条件下，反射率图像波段比值仅与像元内目标地物的波谱特性有关。为准确地定量提取矿化蚀变信息，对已知矿化蚀变训练区的多波段综合比值数据进行统计分析，区内主要地物类型的反射率数据综合比值统计特征归纳如表4所示。表4 主要地物类型图像反射率数据比值特征表4数据表明：应用反射率生成模型对经过初步辐射校正的图像作图像光谱转换之后，在（R9—R7）/（R9+R7）与（R9—R10）/（R9+R10）的二维比值数据中，植被和未蚀变岩石基本上被压缩在零值附近，而在（R5—R2）/（R5+R2）的比值数据中，非矿化蚀变岩类基本上也被压缩到了零值附近，因此，应用遥感信息定量化分析技术可以将矿化蚀变信息单独提取出来作为遥感定量信息，从而实现遥感信息的定量化提取。三、遥感信息定量化提取（一）农业试验区地物类型专题信息定量化提取根据所建立的试验区遥感解译模型，在定量分析的基础上，将不同类型的地物属性信息提取出来。具体方法是，根据对已知地物训练区的统计分析，以由试验区主要地物类型的反射光谱解译模型计算出的各判别指数值的动态变化范围作为阈值基数，在阈值范围内的像元点被认为是所识别的地物，依此类推。附彩图2和附彩图3是利用判别指数在定量分析的基础上提取的试验区主要地物分类图像，提取结果是令人满意的，抽样统计精度达85%。（二）矿化蚀变岩性信息定量化提取植被影响因素的消除如前所述，应用反射率图像的ATM9和ATM7生成的比值图像R97可将植被信息单独提取出来，进而消除植被对岩性信息提取的干扰。令：航空物探遥感论文集式中：R9为第9波段的反射率值；R7为第7波段的反射率值。当比值图像的像元值R97≤0时，该像元点所反映的地物为植被。蚀变岩石信息提取应用反射率图像的ATM9和ATM10生成的比值图像可提取蚀变信息。令：航空物探遥感论文集在消除植被的影响后，蚀变信息的判别依据为：当比值图像上的像元值R910＞03时，该像元点所反映的地物为蚀变岩。矿化信息提取在蚀变信息提取的基础上，矿化信息可由反射率图像的ATM5和ATM2生成比值图像进行识别和提取。令：航空物探遥感论文集提取矿化信息的阈值基数为：当R52＞03时，比值图像上的对应像元点的地物为矿化蚀变岩。附彩图4是依据（8）、（9）、（10）式所示的识别准则提取的植被、蚀变岩和矿化点信息分布示意。在矿化蚀变信息提取的基础上，依据矿化点反射率图像数据的比值特征可进一步提取地表岩石的矿化信息。令：航空物探遥感论文集有关试验区地表岩石矿化信息和相对应的图像反射率数据比值特征见表5，通过初步分析，可得如下结论：表5 地表矿化岩石信息和图像反射率数据比值特征当岩石中铁的氧化物、氢氧化物主要为赤铁矿、褐铁矿矿物时，R678＜0,R789＞0；当岩石中以含针铁矿、褐铁矿矿物为主时，R789＜0,R678＞0;R52值越大，岩石的褐铁矿化程度越高，岩石中铁的氧化物、氧氧化物含量也越高。因此，根据上述结论，可提取以赤铁矿为主的和以针铁矿为主的矿化蚀变信息以及地表岩石的矿化程度信息。当R678＜0时，矿化标志为以赤铁矿为主的铁帽（附彩图5）；当R789＜0时，矿化标志为以针铁矿为主的褐铁矿化（附彩图6）。根据R52的值域范围，可确定矿化蚀变程度。即R52值越大，矿化程度越高，试验区矿化程度与比值图像R52值域的关系为：当03＜R52＜05时，矿化程度低；当05＜R52＜10时，矿化程度中等；当10＜R52＜14时，矿化程度高。附彩图7是根据R52值域范围提取的矿化程度专题信息示意。根据已有地质矿产资料和前人野外实地踏勘结果可知，矿化程度最高的矿化带是第一号矿化带，这与应用比值特征获取的矿化程度信息所反映的图像部位基本一致。四、结论通过多光谱定量化分析技术在地物识别中的初步应用研究，得出如下结论：①采用多光谱定量化分析技术，利用遥感图像数据的光谱信息，进行地表农作物及其它地物类型的定量识别和地质矿化蚀变专题信息的定量提取，不仅物理意义明确，而且可以为动态监测大面积土地资源与矿产勘查快速提供有关专题信息图件。②初步试验结果表明：在一定的条件下，应用多光谱信息定量化分析技术，通过对遥感数据进行定量化分析和解译，不仅应用效果好，提取精度高，而且所提取的有用地质信息可做为单独数据与其它地学信息复合，从而为今后更深入地探讨实现遥感解译定量化的有效研究途径奠定了基础。③基于光谱信息统计的定量化分析方法，较好地与地面波谱数据的分析和应用结合起来，所建立的信息提取模型的主要依据是地面实测波谱数据的变化规律。因此，直接将地面波谱数据应用于多光谱图像预处理和解译过程，为多光谱图像的解译从定性发展到定量，提供了新的思路和研究方法。④仅依据地物的波谱特性进行地物识别研究，具有一定的局限性。今后如何有效地结合遥感图像的光谱信息、结构信息以及其它相关信息，研究提取地物信息的综合计算机方法是提高遥感解释定量化水平值得注意的发展方向。参考文献斯韦恩PH等遥感定量方法北京：科学出版社，彭望碌遥感数据的计算机处理与地理信息系统北京：北京师范大学出版社，朱亮璞等遥感地质学北京：地质出版社，Crippen R ERegioal Exploration in Desert Terrains:A Guide to the Use of LANDSAT Thematic Mapper Imagery,Presented at the 8th Thematic Conference on Geologic Remote Sensing,1991THE APPLICATION OF MULTISPECTRAL QUANTITATIVE ANALYTICAL TECHNIQUE TO THE RECOGNITION OF GROUND OBJECTSDang Fuxing（Aerogeophysical Survey and Remote-Sensing Center,Beijing 100083）AbstractUsing high resolution reflection spectral information of ground objects provided by ATM image data,systematically absorbing and consulting the new achievements in remote sensing techniques and methods gained by the Aerogeophysical Survey and Remote-Sensing Center in the period of Five-Year Plan,and employing multispectral quantitative analytical technology,the author tentatively carried out the remote-sensing ground object recognition study in agricultural area of central Hebei and semi-arid area of Xinjiang,and,as a result,obtained remarkable outcomes in this
森林资源调查中SPOT5遥感图像处理方法探讨 王照利、黄生、张敏中、马胜利 （国家林业局西北林业规划设计院，遥感计算中心，西安710048） 本文发表于＜陕西林业科技＞2005 N1 P27-29,55 摘要： 目前，多光谱、高空间分辨率的SPOT5卫星遥感数据被广泛应用到森林资源调查中。本文结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的处理和信息提取。探讨性地提出了适应于森林资源调查的SPOT5遥感数据处理方法。 关键词：SPOT5 遥感数据，森林资源调查、数据处理 DISCUSSION ON SPOT5 IMAGE DATA PROCESSING FOR FOREST INVENTORY Wang Zhaoli, Huangsheng,Zhangminzhong,Ma Shengli (Northwest Institute for Forest Inventory, Planning &Design, Xi’an China 710048) Abstract: Now days, high spatial resolution and multispectral SPOT5 image data are widely applied in forest inventory in C Based on the characteristics of SPOT5 image and requirements of forest inventory, this paper discusses the processing procedures of ordering image data, ortho-rectification, image bands composition and image data The complete steps of image processing for forest inventory are Key words: SPOT5 image data，forest inventory, data processing 前言 卫星遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率（光谱和空间）、多时相、周期性、信息量丰富等特点，所以卫星遥感影像既可以提供森林资源的宏观空间分布信息又能提供局部的详细信息以及随时间、空间变化的信息等[1]。目前在林业领域卫星遥感数据被广泛的应用于不同尺度层次的森林资源调查、资源监测、病虫害、火灾监测等方面。 2002年5月法国SPOT地球观测卫星系列之5号卫星（即SPOT5星）发射。SPOT5遥感数据的多光谱波段空间分辨率为10米（短波红外空间分辨率为20米），但全色波段空间分辨率达到5米。SPOT5遥感数据的高空间分辨率和多光谱分辨率为森林资源调查提供了丰富的、可靠的、高精度的基础数据源。从性价比分析，在其他高分辨率遥感数据目前比较昂贵的状况下，SPOT5遥感数据比较适宜应用于大面积的森林资源调查，可大幅度的森林调查的减少外业工作量、提高工作效率。在我国SPOT5卫星数据已被大量地应用于森林资源调查工作中，尤其，是在森林资源“二类”调查中被作基本的森林资源信息源提取各类信息。针对于将多光谱分辨率和高空间分辨率的SPOT5遥感数据应用于森林资源调查的数据处理技术和方法鲜有报道。本文总结工作实践，结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的订购、正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的基本处理方法。 1．SPOT5卫星遥感数据特点 SPOT卫星系统采用线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转式平面镜可以进行倾斜观察获得倾斜图像和立体像对。采用与太阳同步的近极地的椭圆形轨道，轨道高度约832Km，轨道倾角7o ，每天绕地球14圈多，重复覆盖周期26天[2]。由于有倾斜观测功能，使重复覆盖周期减少到2-3天。SPOT5卫星载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像装置（HRS）和1台宽视域植被探测仪（VGT）。高分辨率几何成像仪的波段选择是总结了多年的研究成果，认为HRG的波段设置（见表1）足以取得辨别作物和植被类型的最佳效果。本文主要探讨HRG高空间分辨率数据的处理。 2．SPOT5数据的处理方法和过程 SPOT5数据处理工作流程： 1 遥感数据的订购 订购数据时，用户需向数据代理商提供购买区域的四个角的大地坐标或者数据的景号（PATH/ROW）。特别应该注意数据订购时间和用户拿到数据之间有时间差，间隔时间长短因用户的要求、天气、卫星重复覆盖周期而异。相对于其他卫星数据，比较有利的一面是SPOT5卫星装置有旋转式平面镜可以进行倾斜观察，用户可向代理商申请红色编程提前得到调查区域的遥感数据，但要支付编程费。对于遥感数据的时相、云量、入射角、阴影量、是否购买高空间分辨率的全色波段等用户根据自己具体的工作需要向代理商提出限制要求。 根据我们对SPOT5遥感数据的使用，对于森林资源调查，北方9，10月份和11月初的遥感影像比较适宜。代理商向用户提供经过处理的不同级别的影像产品，在森林资源调查中建议购买SPOT1A级产品，用户可根据自己的工作需要进行处理，同时也可减少费用。 2 基础数据准备 大比例尺地形图和高精度DEM是进行SPOT5遥感数据高精度正射校正必需的基础地理数据。建议购买1：10000地形图和1：25000数字高程模型（DEM）。 将1：1万地形图扫描，扫描分辨率设置为300DPI。将扫描好的地形图进行几何精纠正，纠正精度控制在3毫米内。从测绘部门购买的1：1万地形图为北京54坐标系3度分带高斯克吕格投影，而1：5万DEM为北京54坐标系6度分带投影。在数据准备时，将校正好的1：1万地形图通过换带转换转成和DEM一致的6度分带投影。 对于没有1：1万地形图的地区，建议使用差分GPS接收机采集地面控制点。 3几何正射校正 正射校正过程应用了法国SPOT公司发行的GEOIMAGE软件。GEOIMAGE软件有针对SPOT5卫星数据开发的SPOT5物理模型。模型模块自动读取DEM信息。SPOT 物理模型可读取卫星在获取遥感数据的瞬间状态参数，这些参数存贮在数据的头文件中[3]。卫星状态参数包括：卫星成像瞬间的经纬度、高度、倾角等。卫星状态参数能够帮助提高几何校正的精度。 以校正好的1：1万地形图为基准，在影像图上找出和地形图上地物相匹配的明显地物作为地面控制点。在进行正射校正时，应先进行全色波段数据校正，然后以校正好的全色波段数据为基准进行多光谱数据校正。以全色波段数据为基准校正多光谱波段就比较容易校正，且能提高两者的匹配精度。地面控制点应分布均匀，影像的边缘部分布要有控制点分布，同时在不同的高程范围最好都有控制点。地面控制点的数量因地形地貌的复杂程度而定，根据我们的经验，一景60KmX60Km的SPOT5数据，一般地势平缓的地区20个左右控制点即可达到满意的结果，在高山区25个左右控制点就可使正射校正精度满足要求。重采样方法采用双线性内插法。 4 辐射校正 用户购买的SPOT5的各级数据，数据提供商已经根据卫星的记录参数对遥感数据做了辐射校正，即消除了传感器自身引起的、大气辐射引起的辐射噪声。若果影像存在薄雾或地形高差较大引起的辐射误差情况，用户应进一步进行辐射校正处理。薄雾的简单消除原理是基于近红外波段不受大气辐射影响，清澈的水体或死阴影区的数值应为零。从各波段数据中减去近红外波段的水体或阴影的不为零值。地形起伏引起的辐射误差校正公式: f (x,y)=g(x,y)/cosa，g(x,y)为坡度为a的倾斜面上的地物影像；f (x,y)为校正后的影像。由于坡度因子参与校正所以需要DEM支持。 5 波段组合 根据SPOT5数据波谱特征（表1），各波段分别记录反映了植被的不同特征方面：B4（SWIR）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感。经过比较分析和实际应用发现SPOT5的B3、B4、B2波段组合对植被类型的识别要优于B3、B2和B1的组合。但由于B4波段的空间分辨率为20米，使B342组合对植被空间几何细节表达没有B321组合清晰，例如林缘界线信息表达方面B321要优于B342。 6 影像数据融合 对于购买有高空间分辨率全色波段数据的用户，进行数据融合是必不可少的。影像数据融合能够综合不同波段、不同空间分辨率数据（层）的特征，融合后的数据具有更丰富、更可靠的信息[4]。 根据影像数据融合的水平阶段，影像融合分为：像元级、特征级和决策级三个层次。为了最大限度的从SPOT5遥感数据中提取森林植被信息，应进行像元级的数据融合，将5米的全色波段和10米多光谱数据进行融合。融合得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱特征。 像元级数据融合的方法多种多样，根据数据融合的目的，即最大限度的突显森林植被信息，应选取B4、B3、B2和PAN波段，根据我们的试验Brovey 融合算法方法比较理想： 7遥感影像地图 将融合好的数据按Rfused、Gfused、Bfused组合，叠加上行政界线、公里格网、坐标、比例尺等辅助信息，按1：1万地形图分幅生成1：1万纸质图作为外业手图。 结果和讨论 1 几何精度 利用SPOT5物理模型，采用1：1万地形图和5万DEM ，经过正射校正处理，可使影像的几何精度控制在2个像元内（<10米）,达到1：1万制图标准要求。为以遥感影像为基础信息源提取林分调查因子、区划林班界线生成大比例尺的林相图、森林分布图提供了几何精度保障。 2 波段选择 对于没有全色波段的情况，SPOT5数据的B342组合有利于森林植被类型的识别。在应用遥感技术进行森林资源调查区划中，林分类型信息提取是最为重要的环节，所以B342波段组合是小班区划和外业手图的最佳组合。 3 融合效果 融合数据技术使SPOT5遥感影像既具有全色波段的高空间分辨率又拥有多光谱数据的光谱分辨率，丰富了遥感影像的信息量。采用Brovey算法使SPOT5遥感影像从色彩、纹理等方面增强了影像的可判读性，提高了小班因子正判率和林分小班的区划精度。 参考文献 1．周成虎，杨晓梅，骆剑承等《遥感影像地学理解与分析》，科学出版社，北京，2001，3- 2．赵英时《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，北京，88-90 3．北京视宝卫星图像有限公司《专业制图工作室GEOIMAGE用户指南》，2004，68- 4．Christine P Geometric Aspects of Multisensor Image Fusion for Topographic Map Updating in The Humid Tropics, ITC Publication, 1996,51- 21世纪遥感与GIS的发展 来源： 李德仁 时间： 2005-08-11-23:09 浏览次数: 79 21世纪遥感与GIS的发展 李德仁 （武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞瑜路129号，430079） 摘要：在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测，并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上，为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中，遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为一门科学、技术和经济实体。本文深入地论述了21世纪中遥感的6大发展趋势和GIS的5个发展特征。 关键词：发展趋势；航空航天遥感；地理信息系统；对地观测 中图法分类号：P208；P9 随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。 1 遥感技术的主要发展趋势 1 航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率） 从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。 卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的62m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。例如，美国宇航局的长远计划是要发射一系列太阳同步和地球同步的长波SAR,美国国防部则要发射一系列短波SAR，实现干涉重访问间隔为8d、3d和1d，空间分辨率分别为20m、5m和2m。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十五”期间，我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。 2 航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制 确定影像目标的实地位置（三维坐标），解决影像目标在哪儿（Where）是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，利用DGPS和INS惯性导航系统的组合，可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置（POS），从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术的推广应用，将改变目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成，可实现实时三维测量（LIDAR），自动生成数字表面模型（DSM），并可推算出数字高程模型（DEM）。 美国NASA在1994年和1997年两次将航天激光测高仪（SLA）安装在航天飞机上，企图建立基于SLA的全球控制点数据库，激光点大小为100m，间隔为750m，每秒10个脉冲；随后又提出了地学激光测高系统（GLAS）计划，已于2002年12月19日将该卫星IICESat（cloud and land elevation satellite）发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS发射近红外光（1064nm）和可见绿光（532nm）的短脉冲（4ns）。激光脉冲频率为40次/s，激光点大小实地为70m，间隔为170m，其高程精度要明显高于SRTM，可望达到m级。他们的下一步计划是要在2015年之前使星载LIDAR的激光测高精度达到dm和cm级。 法国利用设在全球的54个站点向卫星发射信号，通过测定多普勒频移，以精确解求卫星的空间坐标，具有极高的精度。测定距地球1300km的Topex/Poseidon卫星的高度，精度达到±3cm。用来测定SPOT 4卫星的轨道，3个坐标方向达到±5cm精度，对于SPOT 5和Envisat，可望达到±1m精度。若忽略SPOT 5传感器的角元素，直接进行无地面控制的正射像片制作，精度可达到±15m，完全可以满足国家安全和西部开发的需求。 3 摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化 从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义（What）是摄影测量与遥感的另一大任务。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像，也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。我国学者在这些方面取得了不少可喜的成果。 4 利用多时像影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化 利用遥感影像自动进行变化监测（What change）关系到我国的经济建设和国防建设。过去人工方法投入大，周期长。随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现，实时自动化监测已成为研究的一个热点。 自动变化监测研究包括利用新旧影像（DOM）的对比、新影像与旧数字地图（DLS）的对比来自动发现变化和更新数据库。目前的变化监测是先将新影像与旧影像（或数字地图）进行配准，然后再提取变化目标，这在精度、速度与自动化处理方面都有不足之处。笔者提出了把配准与变化监测同步的整体处理[1]。最理想的方法是将影像目标三维重建与变化监测一起进行，实现三维变化监测和自动更新。进一步的发展则是利用智能传感器，将数据处理在轨完成，发送回来的直接为信息，而不一定为影像数据。 5 摄影测量与遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用 “数字地球”概念是在全球信息化浪潮推进下形成的。1999年12月在北京成功地召开了第一届国际“数字地球”大会后，我国正积极推进“数字中国”和“数字省市”的建设，2001年国家测绘局完成了构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略研究。在已完成1∶100万和1∶25万全国空间数据库的基础上，2001年全国各省市测绘局开始1∶5万空间数据库的建库工作。在这个数据量达11TB的巨型数据库中，摄影测量与遥感将用来建设DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和CP（控制点数据库）。如果要建立全国1m分辨率影像数据库，其数据量将达到60TB。如果整个“数字地球”均达到1m分辨率，其数据量之大可想而知。本世纪内可望建成这一分辨率的数字地球。 “数字文化遗产”是目前联合国和许多国家关心的一个问题，涉及到近景成像、计算机视觉和虚拟现实技术。在近景成像和近景三位量测方面，有室内各种三维激光扫描与成像仪器，还可以直接由视频摄像机的系列图像获取目标场三维重建信息。它们所获取的数据经过计算机自动处理后，可以在虚拟现实技术支持下形成文化遗迹的三维仿真，而且可以按照时间序列，将历史文化在时间隧道中再现，对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。 6 全定量化遥感方法将走向实用 从遥感科学的本质讲，通过对地球表层（包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈4大圈层）的遥感，其目的是为了获得有关地物目标的几何与物理特性，所以需要通过全定量化遥感方法进行反演。几何方程式是有显式表示的数学方程，而物理方程一直是隐式。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，相信在21世纪，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化，遥感基础理论研究将迈上新的台阶。只有实现了遥感定量化，才可能真正实现自动化和实时化。 2 GIS技术的主要发展趋势 1 空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象[2] GIS发展曾经历过栅格、矢量两个不同数据结构发展阶段，目前随着高分辨率卫星遥感数据的飞快增长和数字地球、数码城市的需求，形成了面向对象的数据模型和三库（图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库）一体化的数据结构。这样的数据库结构使GIS的发展更加趋向自然化、逼真化，更加贴近用户。以面向应用的GIS软件为前台，以大型关系数据库（Oracle 8i,9i等)为后台数据库管理，成为当前GIS技术的主流趋势。 2 空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多位和实时三维可视化 在传统的GIS中，空间数据是以二维形式存储并挂接相应的属性数据。目前，空间数据表达的趋势是基于金字塔和LOD（level of detail）技术的多比例尺空间数据库，在不同尺度表示时可自动显示出相应比例尺或相应分辨率的数据，多比例尺数据集的跨度要比传统地图的比例尺大，在显示不同比例尺数据时，可采用LOD或地图综合技术。真三维GIS的空间数据要存储三维坐标。动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化监测中已有较好的应用，真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段。基于三库一体化的时空3D可视化技术发展势头迅猛，已能再PC机上实现GIS环境下的三维建筑物室外室内漫游、信息查询、空间分析、剖面分析和阴影分析等，基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外，可以同时拥有一个Cyber空间。 3 空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识 GIS是以应用导向的空间信息技术，空间分析与辅助决策支持是GIS的高水平应用，它需要基于知识的智能系统。知识的获取是专家系统中最困难的任务。随着各种类型数据库的建立，从数据库中挖掘知识成为当今计算机界一个非常引人注目的课题。从GIS空间数据库中发现的知识可以有效的支持遥感图像解译，以解决“同物异谱”和“同谱异物”的问题。反过来，从属性数据库中挖掘的知识又具有优化资源配置等一些列空间分析的功能[3]。尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段，但随着数据库的快速增大和对数据挖掘工具的深入研究，其应用前景是不可估量的。 4 通过Web服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究及地学信息服务事业 随着计算机通讯网络（包括有线和无线网）的大容量和高速化，GIS已成为在网络上的分布式异构系统。许多不同单位、不同组织维护管理的既独立又互联互用的联邦数据库，将可提供全社会各行各业的应用需要。因此，联邦数据库和互操作（federal databases & interoperability）问题成为当前国际GIS联合研究的一个热点。互操作意味着数据库中数据的直接共享，GIS规律功能模块的互操作与共享，以及多点之间的相同工作，这方面的研究已显示出明显的成效。未来的GIS用户将可能在网络上缴纳为其需要所选用数据和软件功能模块的使用费，而不必购买这个数据库和整套的GIS软硬件，这些成果产生的直接效果是GIS应用将走向地学信息服务。 目前已兴起的LBS和MLS，即基于位置的服务和移动定位服务，突出地反映了这种变化趋势。它引起的革命性变化使GIS将走出研究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。我国目前已有2亿个手机用户，若每人每月为MLS支付10元费用，全国一年的产值将达到240亿。可以预测在不久的将来，地学信息将能随时随地为任何人和任何事情进行4A服务（geo-in-formation for anyone and anything at anywhere and anytime）。 5 地理信息科学的研究有望在本世纪形成较完整的理论框架体系 笔者曾扼要地叙述了地球空间信息科学的7大理论问题[4]：（1）地球空间信息的基准，包括几何基准、物理基准和时间基准；（2）地球空间信息标准，包括空间数据采集、存储与交换标准、空间数据精度与质量标准、空间信息的分类与代码标准、空间信息的安全
邝生爱当今，遥感、地理信息系统、全球定位系统和信息网络等高新技术，已成为一门新的信息产业正在蓬勃兴起，并快速渗透到各学科领域、国民经济和人们生活之中，推动着科技和社会向更高的层次发展。1 几个概念1 遥感（Remote Sensing）远距离感知目标物或远距离探测目标物的物性。“遥”具有空间概念，即近地空间、外层空间乃至宇宙空间。“感”表示信息系统，包括信息获取和传输、信息加工和提取、信息分析和可视化系统等。所谓目标物即观测对象，就地学而言，有地表物体、地质体、地学事件等。关于目标物的物性，主要指物体对电磁辐射的特性。人们利用物体波谱特性差异达到识别物体的目的，因而地物波谱特性成为遥感地学的重要理论基础。遥感图像处理系统（Remote Sensing Image Processing System）：借助光学仪器和计算机设备对遥感图像进行加工、分析、综合和可视化的系统，目前常用的是计算机遥感数字图像处理系统。2 地理信息系统（Geographic Information System）在计算机支持下，采集、存储、管理、分析、综合和描述与地理分布有关的地理空间信息系统。3 遥感地理信息系统（RS-GIS）泛指遥感图像处理系统和地理信息系统的集成、一体化。4 全球定位系统（Global Positioning System）借助多卫星进行全球导航和定位的系统。2 发展概况1 一门新的信息产业正在兴起遥感、地理信息系统、全球定位系统和信息网络是近几十年来才发展起来的高新技术，由于他们具有很强的先进性和实用性，在很短的时间内由新技术转化成新产业，形成自身的产品、产值、市场，并产生出巨大的经济社会效益。产业的兴起反过来又加速他们的发展和相互融合，形成新的学科和技术方法，并渗透到其他学科领域和社会经济部门。1 遥感（RS）航空、航天遥感使得人们能快速准确地获得大地域范围以致全球的各种信息，如气象预报、资源分布、灾害监测、环境污染等，所以各国竞相发展遥感事业。航天遥感：苏联于1957年10月4日发射第一颗人造地球卫星以来，各国都以极大的热情和庞大的经济预算来开展航天遥感，特别是美国以极快的速度和惊人的成果展现于世。美国于20世纪60～70年代先后发射了气象卫星、资源卫星，开拓了航天飞机、地球空间站，向太空发射了多个探测器探测月球、火星、木星等行星和天体。法国、俄罗斯、加拿大、日本、印度等国也相继发射了相应的资源卫星。中国已有自己的气象卫星和资源卫星，实现了载人航天飞行，拟定了探月和太阳系行星的计划。遥感探测地面分辨率已达到米（m）级，波谱分辨率已达到纳米（nm）级，重复周期几天至几小时。在科学和经济部门的应用逐日普及，应用效果十分显著，很多部门已把遥感技术纳入到生产规范之中。科研部门和院校已设有相应的专业，正在批量的培养遥感技术人才，国家和政府部门已有相应的遥感中心和站点专门从事遥感数据的获取、分发和使用。所有这些在发达国家和我国都已形成了遥感信息产业，并有了相当规模的产值和快速发展前景。航空遥感：应用飞机获取一定地域范围的遥感图像已成为平常事。就中国而言一些大中城市和一些沿海经济发达区都已飞行获得多个时段的遥感图像，用于城市规划和城市发展监测，如北京、上海、天津、武汉、西安、沈阳、环渤海湾、长江三角洲、长江流域、珠江三角洲等城市和地区。遥感图像在图像处理系统的加工、增强、分析和综合处理下大大改善图像质量，提取各种专题信息来满足广大用户的要求。图像处理软件层出不穷、功能越来越强大。图像处理硬件随着计算机的快速发展，形成了大、中、小型的处理系统以满足国家、地区和个人的各种需求，特别是微机处理系统已相当普及。由上可知，遥感技术的快速发展是与空间技术和计算机技术日新月异密不可分的。除此之外，在下面几个方面，遥感技术方法和理论开拓创新起着十分重要的作用：传感器——有摄像机、扫描仪、温度辐射计、微波辐射计、荧光辐射计等；波段——有近紫外、可见光、近红外、中红外、远红外、微波等；重复周期——由早期的几十天到现在几天到几个小时；分辨率——空间分辨率由几十米到几厘米，波谱分辨率由微米（μm）到纳米（nm）级；图像处理方法——由一般的增强、提取信息到人机交互对话、半自动识别；波谱信息——有实测地物波谱到直接从图像中提取或光谱重建；多尺度——由单一尺度发展到多种不同尺度图像融合；多数据源——由少数几种数据源发展到多种平台数据源，遥感信息和其他信息一起进行多元信息综合；理论拓宽——图像处理的理论依据由原来的概率统计理论拓宽到非线性理论、人工智能等多个领域。所以多波段、多时相、多尺度、多数据、高精度和快速，形成了遥感技术的很多特色，再加上图像处理技术和信息提取方法，使得遥感应用领域越来越宽，在某些行业已不可代替。2 地理信息系统（GIS）20世纪50年代，在欧洲刚刚萌芽的土地信息系统（LIS），其功能十分简单。到70年代随着计算机的快速发展，实用化的GIS已在美国、加拿大、德国、法国、瑞典、日本和澳大利亚相继出现。80年代GIS已进入普及和推广应用阶段，世界各国在基础GIS软件和应用软件的开发上取得突破性进展，其代表性的软件有ARCINFOR、MAPGIS等，在土地利用管理、城市规划、人口规划、资源管理、交通运输管理、安全管理等方面成为有关部门的必备工具。90年代随着GIS的深入发展和数字化产品的普及，数字城市、数字生活、数字地球的时代已经到来，GIS与其他学科的结合，地理信息的产业化已不可避免（标准化、信息共享、计算机软、硬件资源共享等）。3 全球定位系统（GPS）为军事目的服务的卫星导航、定位系统，现已向全球开放，人们在地球的任何地方都可以快速获取相应的地理坐标位置，只需持一个小小的定位接收器便可如愿。美国已发展到第三代定位系统，欧盟也在确立自己的“伽利略”计划，中国也有自己的定位系统（三个星），并与“伽利略”计划合作。4 信息网络20世纪70～80年代，人们为使得到的信息及计算机硬软件资源的共享，发展了计算机联网，出现了局域网络（如一个单位、一个局部地区），这些网络一出现就显示了极大的优越性，人们坐在自己的终端前就可调用他人、他部门的信息和享用别人计算机中的资源。80～90年代，人们可以跨区、跨国界以至国际间的通讯网络快速获取有关信息，网络以进入千家万户。随着无线通讯的普及化，人们可随时随地进出网络，网络已成为人们生活中不可缺少的东西。尽管网络会出现各种负面效应，但其发展趋势不减。上述几个方面的科技进步和产业化告知我们，遥感和全球定位系统快速获取目标物的信息，以地理信息系统作为载体，快速流动在国际网络上，“信息高速公路”已经开通，信息革命正在我们身边发生，数字地球的时代即将到来。2 人们的思维方式和行为正在发生变化1 由宏观到微观、由整体到局部的思维方式遥感的出现使得人们有可能从大地域范围以致全球角度，从宏观、整体上认识很多问题，使得局部不能认识的，从整体得到，使人们的思维方式更加全面、完整，使得事物的整体与局部的关系具体、明确，可避免“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的片面思维方式。2 一套全新的技术路线和工作方法遥感图像处理不仅能给我们改善图像质量、增强和提取信息，更重要的是提供了信息综合、图像识别半自动化以及自动成图的技术前景。地理信息系统提供了空间信息的存储、分析和成图功能，实现地理信息系统成图的自动化，大大减轻了人们的劳动力。网络使人们对社会已有的信息和计算机资源实现全球共享，加速信息传播，真可谓“秀才不出门，便知天下事”。3 出现了新的学科体系和机构以遥感为基础的学科有：遥感地质学、环境遥感学、农业遥感学、城市遥感学、资源遥感学等。建立了很多的遥感机构：资源卫星发射机构、地面卫星数据接收站、遥感应用研究部门和遥感学科的专业及培训中心等。以地理信息为基础的有：地理信息学，信息工程学等。建立了地理信息中心、站点、资源与环境遥感信息系统实验室及学术团体等。4 政府的决策行为西方国家政府正采取措施加速遥感发展和促使地理信息系统进一步产业化、标准化、国际化。中国政府也十分重视，有关部门正采取对策加速遥感、地理信息系统的发展。3 新进展和发展趋势1 RS技术新进展与趋势1 遥感数据获取正在出现三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率）的新技术和趋势多平台——如低、中、高轨道卫星，大、中、小、微型卫星等。多传感器——如同一平台上装有摄像机、扫描仪、热成像仪、不同空间分辨率的成像仪等。多角度——如垂向与侧向多角度成像。高空间分辨率——如米级、厘米级的地面分辨率。高光谱分辨率——如纳米级的波谱分辨率（如可见光波谱范围内分出十几个等级）。高时相分辨率——如可重复观测的时间段达到小时级。2 遥感图像处理正在出现新技术方法海量数据压缩，数据融合，大地域图像无缝镶嵌，光谱重建，混合光谱分析，超多维光谱图像信息显示，信息提取模型化，智能化处理的理论与方法，SAR信息处理与成像理论，多波段多极化影像分析方法等技术新进展和趋势。当高空间和高光谱分辨率遥感出现后，提出了一系列的技术方法问题：分辨率的提高遥感数据量呈几何数量级上升，成为所谓的“海量数据”，要处理这些海量数据自然受到存储、速度和时间的制约，所以就要进行数据压缩；高光谱分辨率可以使我们识别出更“精细”的地物，如何从图像的混合光谱中分离、重建和多维显示这些精心地物的光谱就成为技术方法的关键。同一平台可获得不同地面分辨率的数据，如何让不同地面分辨率的数据满足不同尺度的实际需要，数据融合必不可少，而数据融合又受到几何精度和波谱保真的限制，为满足实际需要又有兼顾两个方面，所以出现了各种各样的融合方法。大地域范围是遥感的优势，但是一景卫星遥感图像覆盖地面的范围总有一定的限度，而这个限度还随着地面分辨率的提高在缩小。当今人们的需求远远的超出这个限制，如几十至几百平方公里的地域，就需要几十景至几百景的图像镶嵌，这么多景图像可能出现由于时间差异带来的色彩、色调的不协调，为使整体图像的协调一致，无缝镶嵌技术应运而生。2 GIS技术新发展与趋势属性数据与空间数据库管理一体化；多种数据格式转换；基础地理信息系统的通用化、标准化；专业应用二次开发；WebGIS开发与完善等。3 GPS技术新进展与发展趋势高精度第三代GPS；“伽利略”GPS系统。4 RS-GIS-GPS集成一体化（略）4 地学应用及实例1 地学应用现在的遥感地理信息系统在地学中的应用十分广泛，虽然应用的先后和效果不尽相同，但都受到人们的关注和重视，有的已经成为行业规范。据不完全统计，可分为如下几个方面：（1）区域地质调查应用，（2）矿产资源调查应用，（3）水资源与水环境监测应用，（4）土地利用监测应用，（5）土地荒漠化监测应用，（6）海岸带资源开发与环境保护应用，（7）海洋岛礁及浅海海底地形调查应用，（8）生态环境监测应用，（9）区域地质环境调查应用，（10）灾害监测应用，（11）城市规划应用（含数字城市），（12）区域规划应用。…………2 实例至今，应用实例不胜枚举，但有两个方面值得注意：一方面是前人应用中带有规律性的认识和成果，另一方面是前沿探索性的成果。1 带有规律性的认识和成果前人所作的带有规律性的认识和成果也是相当的丰富，都值得我们去认真吸取，而作为有限教学时间内的教学内容，只能略举一、二。依笔者认为，无论遥感地理信息系统在哪方面的应用，信息提取技术方法是共同的，也是解决实际问题的技术关键，所以用三个不同领域的实例说明遥感地学信息提取模式的共性和特性。遥感地学信息提取模式：实例一：遥感在金矿地质调查中应用，实例二：遥感在土地荒漠化监测中的应用，实例三：遥感在盐湖监测中应用。2 前沿探索性成果在众多前沿探索性成果中，笔者认为高光谱遥感在识别矿物方面的应用是当前的难点和热点。实例：“高光谱遥感矿物填图研究”（略）5 理论、技术方法问题1 理论问题1 地物的异物同谱或同谱异物问题前面已提到，地物电磁辐射特性是遥感最基础的理论，人们利用地物波谱特性差异来识别不同地物。但是在实际应用中，存在异物同谱或同谱异物的现象，即不同地物有相同的波谱特征，这时遥感就不能发挥作用。2 地物分布的随机性和非随机性遥感应用中，普遍认为在一较大的地域范围内，地物分布是随机的，于是可借用概率统计的一套方法来增强和提取目标地物信息，这样做往往获得成功，所以在图像处理软件中有一套完善的方法来满足专题信息提取的要求。但实际地物的分布还存在着非随机性，那么概率统计方法失效。例如有些地物分布存在着自相似性，人们采用非线性的分形分维方法加以解决。例如还有模糊理论、人工智能理论来完成相应的任务。2 技术方法问题1 实测地物波谱与遥感图像波谱的不一致性实测地物波谱有室内标准样品波谱和野外实测地物波谱。遥感图像波谱是瞬间获得的实时像元混合光谱。二者在观测时间上和像元分辨率上都存在差异，其波谱显然有差异，有时还会很大，这就需要分析和处理。2 地物图像波谱的时效性和地域性有些地物的图像波谱会随着时相的不同而变化，如植被、土壤等，这种变化可称为时效性；有些地物波谱会随着地域的不同变化，如同一种岩石在潮湿地区和干旱地区，其波谱有差异，这叫地域性。在应用时必须注意这些特性，并采取必要的方法。3 地物信息增强和提取方法的不唯一性遥感图像地物信息增强和提取方法众多，虽然有不少方法是公认的但不是唯一的。特别是在增强和提取隐信息和微弱信息时，有些方法不奏效，并不等同不能提取，而可能是还没有找到合适的方法，有待深入探讨。参考文献陈述彭等遥感大辞典北京：科学出版社陈述彭等遥感资源纲要北京：科学出版社马霭乃遥感信息模型北京：北京大学出版社陈述彭遥感信息机理研究北京：科学出版社傅肃性遥感专题分析与地学图谱北京：科学出版社李树楷遥感时空信息集成技术及其应用北京：科学出版社曾志远等卫星遥感图像计算机分类及地学应用研究北京：科学出版社魏钟铨合成孔径雷达卫星北京：科学出版社孙天纵等城市遥感上海：上海科学技术文献出版社国土资源遥感（季刊）1990年至今各期用户简讯中国科学院遥感卫星地面站（季刊）1998年至今各期陈建飞译地理信息系统导论北京：科学出版社何建邦等地理信息共享的原理与方法北京：科学出版社李洪涛GPS应用程序设计北京：科学出版社地理信息世界中国地理信息系统协会（季刊）1995年至今各期张永生等高分辨遥感卫星应用——成像模型、处理算法与应用技术北京：科学出版社赵英时等遥感应用分析原理与方法北京：科学出版社承继成等遥感数据的不确定性问题北京：科学出版社钱乐祥遥感数字影像处理与地理特征提取北京：科学出版社李天文GPS原理与应用北京：科学出版社汤国安等遥感数字图像处理北京：科学出版社邝生爱等农牧交错带土地沙化遥感监测国土资源遥感田淑芳等西藏扎布耶盐湖总盐含量遥感定量分析现代地质，2005年第19卷，第4期
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遥感原理与应用第一章 电磁波及遥感物理基础名词解释：1、 遥感 2、遥感技术 3、电磁波 4、电磁波谱 5、绝对黑体 6、绝对白体7、灰体 8、绝对温度 9、辐射温度 10、光谱辐射通量密度 11、大气窗口12、发射率 13、热惯量 14、热容量 15、光谱反射率 16、光谱反射特性曲线 填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由 、 、 、 、 、 、 等组成。2、绝对黑体辐射通量密度是 和 的函数。3、一般物体的总辐射通量密度与 和 成正比关系。4、维恩位移定律表明绝对黑体的 乘 是常数8。当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向 方向移动。5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 μm选择题：(单项或多项选择)1、 绝对黑体的 ①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。2、 物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系 ①反射率 ②发射率 ③物体温度一次方 ④物体温度二次方 ⑤物体温度三次方 ⑥物体温度四次方。3、 大气窗口是指 ①没有云的天空区域 ②电磁波能穿过大气层的局部天空区域 ③电磁波能穿过大气的电磁波谱段 ④没有障碍物阻挡的天空区域。4、 大气瑞利散射①与波长的一次方成正比关系 ②与波长的一次方成反比关系 ③与波长的二次方成正比关系 ④与波长的二次方成反比关系 ⑤与波长的四次方成正比关系 ⑥与波长的四次方成反比关系 ⑦与波长无关。5、 大气米氏散射 ①与波长的一次方成正比关系 ②与波长的一次方成反比关系 ③与波长无关。问答题：1、 电磁波谱由哪些不同特性的电磁波组成？它们有哪些不同点，又有哪些共性？2、 物体辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？3、 叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。4、 地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？5、 何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。6、 传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？第二章 遥感平台及运行特点名词解释：1、 遥感平台 2、遥感传感器 3、卫星轨道参数 4、升交点赤经 5、轨道倾角6、近地点角距 7、地心直角坐标系 8、大地地心直角坐标系 9、卫星姿态角10、开普勒第三定理 11、重复周期 12、近圆形轨道 13、与太阳同步轨道14、近极地轨道 15、偏移系数 16、GPS 17、ERTS_1 18、LANDSAT_1 19、SPOT 20、IRS 21、CBERS 22、ZY_1 23、Space Shuttle 24、MODIS 25、IKONOS 26、Quick Bird 27、Radarsat 28、ERS 29、小卫星填空题：1、遥感卫星轨道的四大特点 。2、卫星轨道参数有 。3、卫星姿态角是 。4、遥感平台的种类可分为 、 、 三类。5、卫星姿态角可用 、 、 等 方法测定。6、与太阳同步轨道有利于 。7、LANDSAT系列卫星带有TM探测器的是 ；带有TM探测器的是 。8、SPOT系列卫星可产生异轨立体影像的是 ；可产生同轨立体影像的是 。9、ZY-1卫星空间分辨率为 。10、美国高分辨率民用卫星有 。11、小卫星主要特点包括 。12、可构成相干雷达影像的欧空局卫星是 。选择题：(单项或多项选择)1、 卫星轨道的升交点和降交点是卫星轨道与地球①黄道面的交点②地球赤道面的交点③地球子午面的交点。2、 卫星与太阳同步轨道指①卫星运行周期等于地球的公转周期②卫星运行周期等于地球的自转周期③卫星轨道面朝向太阳的角度保持不变。3、 卫星重复周期是卫星①获取同一地区影像的时间间隔②经过地面同一地点上空的间隔时间③卫星绕地球一周的时间。4、 以下哪种仪器可用作遥感卫星的姿态测量仪①AMS②TM③HRV④GPS⑤星相机。5、 问答题：1、 根据Landsat-1的运行周期，求该卫星的轨道高度。2、 根据Landsat-4/5的运行周期、重复周期和偏移系数，通过计算排出其轨道（赤道处）的分布图。3、 以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。4、 叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。5、 获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。6、 简述遥感平台的发展趋势。7、 LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章 遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器 2、探测器 3、致冷器 4、红外扫描仪 5、多光谱扫描仪6、推扫式成像仪 7、成像光谱仪 8、瞬时视场 9、MSS 10、TM 11、HRV 12、SAR 14、INSAR 15、CCD 16、真实孔径侧视雷达17、合成孔径侧视雷达18、全景畸变 19、动态全景畸变 20、 静态全景畸变 21、距离分辨率22、方位分辨率23、雷达盲区24、角隅反射 25、粗加工产品 26、精加工产品27、多中心投影 28、多中心斜距投影填空题：1、MODIS影像含有 个波段,其中250米分辨率的包括 波段。2、RADARSAT-1卫星空间分辨率最高可达 ,共有 种工作模式。3、多极化的卫星为 。4、目前遥感中使用的传感器大体上可分为 等几种。5、遥感传感器大体上包括 几部份。6、MSS成像板上有 个探测单元;TM有 个探测单元。7、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是 ,其空间分辨率为 。8、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的 分辨率。9、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以 变化，y方向以 变化。10、实现扫描线衔接应满足 。选择题：(单项或多项选择)1、 全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。2、 全景畸变引起的影像比例尺变化在Y方向①与COSθ成正比②与COSθ成反比③与COS²θ成正比④与COS²θ成反比。3、 TM专题制图仪有① 4个波段②6个波段③7个波段④9个波段。4、 TM专题制图仪每次同时扫描①6条扫描线②12条扫描线③16条扫描线④20条扫描线。5、 HRV成像仪获得的影像①有全景畸变②没有全景畸变。6、 SPOT卫星获取邻轨立体影像时，HRV中的平面镜最大可侧旋①10º②16º③27º④32º。7、真实孔径侧视雷达的距离分辨率与①天线孔径有关②脉冲宽度有关③发射的频率有关。7、 径侧视雷达的方位分辨率与①天线孔径有关②天线孔径无关③斜距有关④斜距无关。问答题：1、叙述侧视雷达图像的影像特征2、MSS、TM、ETM+影像各有何特点？3、有哪几种方法可以获得多光谱摄影影像？4、对物面扫描的成像仪为什么会产生全景畸变？扫描角为θ时的影像的畸变多大？5、叙述Landsat-1上的MSS多光谱扫描仪获取全球（南北纬度81°之间）表面影像的过程。6、TM专题制图仪与MSS多光谱扫描仪有何不同？7、SPOT卫星上的HRV推扫式扫描仪与TM专题制图仪有何不同？8、侧视雷达影像的分辨力、比例尺、投影性质和投影差与中心投影航空或航天像片影像有何不同？9、侧视雷达为什么要往飞机侧方发射脉冲并接收其回波成像？如果向飞机或卫星正下方发射脉冲并接收回波成像会是什么情景？10、简述INSAR测量高程的基本原理。第四章 遥感图像数字处理的基础知识名词解释：1、光学影像 2、数字影像 3、空间域图像 4、频率域图像 5、图像采样6、灰度量化7、BSQ 8、BIL 9、BMP 10、TIFF 11、ERDAS 12、PCI 13、3S集成填空题：1、光学图像是一个 函数。2、数字图像是一个 函数。3、光学图像转换成数字影像的过程包括 等步骤。4、图像数字化中采样间隔取决于图像的 ，应满足 （公式）。5、一般图像都由不同的 、 、 、 的周期性函数构成。6、3S集成一般指 、 和 的集成。选择题：(单项或多项选择)1、 数字图像的①空间坐标是离散的，灰度是连续的②灰度是离散的，空间坐标是连续的③两者都是连续的④两者都是离散的。2、 采样是对图像①取地类的样本②空间坐标离散化③灰度离散化。3、 量化是对图像①空间坐标离散化②灰度离散化③以上两者。4、 图像数字化时最佳采样间隔的大小①任意确定②取决于图像频谱的截止频率③依据成图比例尺而定。5、 图像灰度量化用6比特编码时，量化等级为①32个②64个③128个④256个。6、 BSQ是数字图像的①连续记录格式②行、波段交叉记录格式③象元、波段交叉记录格式。问答题：1、 叙述光学影像与数字影像的关系和不同点。2、 怎样才能将光学影像变成数字影像。3、 叙述空间域图像与频率域图像的关系和不同点。4、 叙述储存遥感图像有哪几种方法，列举2—3种数字图像存储格式，并说明其特点。5、叙述3S集成的形式和作用。第五章 遥感图像几何处理名词解释：1、 共线方程2、外方位元3、像点位移4、几何变形5、几何校正6、粗加工处理7、精加工处理8、多项式纠正9、间接法纠正10、直接法纠正11、灰度重采样12、最邻近像元重采样13、双线性内插14、双三次卷积15、图像配准16、数字镶嵌17、数字地面模型18、正射影像19、地理编码图象 20、DEM填空题：1、 分别写出中心投影，推扫式传感器（旁向，航向倾斜），扫描式传感器的共线方程表达式 ， ， ， 。2、 遥感图像的变形误差可以分为 和 ，又可以分为 和 。3、 外部误差是指在 处于正常的工作状态下，由 所引起的误差。包括 ， ， ， 等因素引起的变形误差。4、 传感器的六个外方位元素中 的变化对图像的综合影响使图像产生线性变化，而 使图像产生非线性变形。 5、 地球自转对于多中心投影影像产生像点位移在 方向上，位移量bb’= 。6、 TM卫星图像的粗纠正使用的参数有 ， ， ， 纠正的变形有 ， 。7、 遥感图像几何纠正的常用方法有 ， ， 。8、 多项式拟合法纠正中，项数N与其阶数n的关系 。9、 多项式拟合法纠正中，一次项纠正 ，二次项纠正 ，三次项纠正 。10、项式拟合法纠正中控制点的要求是 ， ， 。11、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要 个控制点，二次项最少项需要 个控制点，三次项最少需要 个控制点。12、SPOT图像采用共线方程纠正时需要 ，有 未知参数，最少需要 个控制点。13、常用的灰度采样方法有 ， ， 。14、数字图象配准的方式有 ， 。15、数字图像镶嵌的关键 ， ， 。16、在姿态角都为0的情况下，中心投影像片的投影差为 ，推扫式影像（HRV）的投影差为 ，扫描仪影像（MSS）的投影差 ，侧视雷达影像（SAR）的投影差 。17、灰度采样中，双线性内插的权矩阵采用 函数求取， 双三卷积的权矩阵采用 函数求取。选择题：(单项或多项选择)1、 垂直航线方向距离越远比例尺越小的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。2、 垂直航线方向距离越远比例尺越大的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。3、 真实孔径天线侧视雷达影像上高出地面的物点其象点位移（投影差）①向底点方向位移②背向底点方向位移③不位移。4、 逐点扫描式影像（如TM影像）上高差引起的像点位移（投影差）发生在①像底点的辐射方向②扫描方向。5、 多项式纠正用一次项时必须有①1个控制点②2个控制点③3个控制点④4个控制点。6、 多项式纠正用二次项时必须有①3个控制点②4个控制点③5个控制点④6个控制点。7、 多项式纠正用一次项可以改正图像的①线性变形误差②非线性变形误差③前两者。8、 共线方程的几何意义是在任何情况下①像主点、像底点和等角点在一直线上②像点、物点和投影中心在一直线上③ 主点、灭点和像点在一直线上。问答题：1． 叙述中心投影的航空像片,MSS多光谱扫描仪影像,SPOT的HRV推扫式影像和真实孔径侧视雷达图像的几何特征。2． 列出中心投影影像、推扫式影像（旁向和航向）、逐点扫描影像和侧视雷达影像的构像方程和共线方程表达式。3． 列出中心投影影像、推扫式影像、逐点扫描影像和侧视雷达影像的投影差公式，并说明投影差产生的像点位移各自不同点。 已知中心投影影像姿态产生的变形误差公式为推导出推扫式影像、逐点扫描影像和侧视雷达影像的像点位移公式。5． 叙述最邻近法、双线性内插、双三次卷积重采样原理（可作图说明）和优缺点。6． 两幅影像进行数字镶嵌应解决哪些关键问题？解决的基本方法是什么？7． 叙述多项式拟合法纠正卫星图像的原理和步骤。8． 多项式拟合法选用一次项、二次项和三次项，各纠正遥感图像中的哪些变形误差？9． 多项式拟合法平差后精度应控制在什么范围内？超限了怎么办？10．叙述共线方程法纠正SPOT卫星图像的原理和步骤。11．在几何纠正的重采样中，内插像元4*4图像亮度值矩阵为：在间接法纠正过程中，某地面点反算到原始像点的坐标值为（6 ,4）,利用最邻近法和双线性内插法求像点的亮度值。12．叙述数字图像镶嵌的过程。13．画出各个外方位元素变化引起的图形变化情况第六章 遥感图像辐射处理名词解释：1、辐射误差2、辐射定标3、大气校正4、图像增强 5、图像直方图 6、假彩色合成 7、密度分割 8、真彩色合成 9、假彩色合成 10、伪彩色图像 11、图像平滑 12、图像锐化 13、边缘检测 14、低通滤波 15、高通滤波 17、图像融合 18、直方图正态化 19、梯度算子 20、线性拉伸 21、拉氏算子 22、直方图均衡 23、邻域法处理 填空题：1、辐射传输方程可以知道，辐射误差主要有 ， ， 。2、常用的图像增强处理技术有 ， 。3、增强的常用方法有 ， ， ， ， ， ， 等。子4、直方图均衡效果 ， ， 。5、3*3的拉普拉斯算子 。6、图像平滑和锐化的关系 。 7、NDVI= 。8、图像融合的层次 ， ， 。9、HIS中的H指 ，I指 ， S指 。 图像融合的常用算法 ， ， ， ， 等。选择题：(单项或多项选择)1、 图像增强的目的① 增加信息量②改善目视判读效果。2、 图像增强①只能在空间域中进行②只能在频率域中进行③可在两者中进行。3、 从图面上看直方图均衡后的效果是①增强了占图面面积小的灰度(地物)与周围地物的反差②减弱甚至于淹没了占图面面积小的灰度(地物)与周围地物的反差③增强了占图面面积大的灰度(地物)与周围地物的反差④减弱占图面面积大的灰度(地物)与周围地物的反差。4、 标准假彩色合成(如TM4、3、2合成)的卫星影像上大多数植被的颜色是①绿色②红色③蓝色。5、 图像边缘增强采用①低通滤波②高通滤波。6、 消弱图像噪声采用①低通滤波②高通滤波。7、 图像融合前必须先进行①图像配准②图像增强③图像分类。8、 图像融合①必须在相同分辨率图像间进行②只能在同一传感器的图像间进行③可在不同分辨率图像间进行④可在不同传感器的图像间进行⑤只限于遥感图像间进行⑥可在遥感图像和非遥感图像间进行。 问答题：10、 根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面，辐射误差及辐射误差纠正内容是什么，11、 简述遥感数字影像增强处理的目的，例举一种增强处理方法，说明其原理和步骤。12、 什么是遥感图像大气校正？为什么要进行遥感图像大气校正？请以多光谱扫描仪（MSS）资料为例，说明大气校正的原理和方法。13、 以美国陆地卫星TM图像的波段为例，分别说明遥感图像的真彩色合成与假彩色合成方案。与真彩色合成图像相比，假彩色合成图像在地物识别上有何优越性？14、 叙述美国陆地卫星ETM图像分辨率30米的5、4、3波段影像与分辨率15米的全色影像进行融合的步骤和方法。15、 说明以下直方图的影像特征。第七章 遥感图像判读名词解释：1、遥感图像判读 2、景物特征 3、判读标志 4、几何分辨率 5、辐射分辨率6、光谱分辨率 7、时间分辨率 8、波谱响应曲线 9、热阴影 10、冷阴影11、雷达盲区 12、角隅反射 13、体散射 14、影像几何特性 15、影像辐射特性16、 地物光谱特征 17、地物空间特征 18、地物时间特征填空题：1、遥感图像信息提取中使用的景物特征有 。2、遥感图像空间特征的判读标志主要有 等。3、传感器特性对判读标志影响最大的是 等。4、光谱分辨率根据 三项指标来判定。5、热红外图像上的亮度与地物的 和 有关， 比 影响更大。6、 侧视雷达图像上的亮度变化与 等有关。选择题：(单项或多项选择) 1、 遥感图像的几何分辨率指 ①象元相应地面的宽度 ②传感器瞬时视场内观察到地面的宽度 ③能根据光谱特征判读出地物性质的最小单元的地面宽度。2、 热红外图像是 ①接收地物反射的红外光成的像 ②接收地物发射的红外光成的像。3、 热红外图像上的亮度与地物的 ①反射率大小有关 ②发射率大小有关 ③反射太阳光中的红外光强度有关 ④温度高低有关。4、 侧视雷达图像垂直飞行方向的比例尺 ①离底点近的比例尺大 ②离底点远的比例尺大 ③比例尺不变。问答题：1、 遥感图像判读主要应用景物的哪些特征？2、 何为传感器的空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率？3、 叙述TM多光谱图像的几何特征和辐射特征。4、 叙述地物光谱特性曲线与波谱响应曲线之间的关系和不同点？（可作图说明）5、 举例说明为什么多光谱图像比单波段图像能判读出更多的信息？6、 叙述热红外图像的几何特征和辐射特征。7、 叙述侧视雷达图像的几何特征和辐射特征。第八章 遥感图像自动识别分类名词解释：1、模式识别 2、遥感图像自动分类了 3、统计模式识别 4、结构模式识别5、光谱特征向量 6、特征空间 7、特征变换 8、特征选择 9、主分量变换10、哈达玛变换 11、穗帽变换 12、生物量指标变换 13、标准化距离14、类间离散度15、类间离散度16、类内离散度17、判别函数18、判别边界19、监督法分类20、非监督法分类21、条件概率22、先验概率23、后验概率24、贝叶斯判别规则25、马氏距离26、欧氏距离27、计程距离28、错分概率29、训练样区 30、最大似然法分类 31、最小距离法分类32、ISODATA法分类33、混淆矩阵填空题：1、遥感图像上的地物在特征空间聚类的一般特点是 等。2、特征变换在遥感图像分类中的作用是 。3、遥感图像特征变换的主要方法有 等。4、特征选择的目的是 。5、标准化距离的公式 。6、马氏距离公式 ，欧氏距离公式 ，计程距离公式 。7、最大似然法分类判别函数 。8、分类后处理主要包括 ， 。选择题：(单项或多项选择)1、 同类地物在特征空间聚在①同一点上②同一个区域③不同区域。2、 同类地物在特征空间聚类呈①随机分布②近似正态分布③均匀分布。3、 标准化距离大可以说明①类间离散度大，类内离散度也大②类间离散度小，类内离散度大③类间离散度大，和/或类内离散度小④类间离散度小，类内离散度也小。4、 监督分类方法是①先分类后识别的方法②边学习边分类的方法③人工干预和监督下的分类方法。5、 两类地物的最大似然法分类判别边界在①两类地物分布概率相等处②两类地物均值的中值位置③其中一类地物分布概率的最大处。6、 ISODATA法分类的样区①尽量选在同一类别中②尽量包含所需识别的类别③类别是已知的④类别是未知的。问答题：1、 什么叫特征空间？地物在特征空间聚类有哪些特性？2、 作图并说明遥感影像主分量变换的原理和它在遥感中的主要作用。3、 叙述生物量指标变换的原理及其作用。4、 为什么要进行特征选择？列举几种特征选择的主要方法和原理。5、 叙述监督分类与非监督分类的区别。6、 叙述最大似然法分类原理及存在的缺点。7、 叙述最小距离法分类的原理和步骤。8、 叙述ISODATA法非监督分类的原理和步骤。9、 叙述图像增强中的平滑处理与分类后的平滑处理的异同点。10、述改善仅用光谱特征的统计模式识别自动分类的主要方法和基本原理。11、评价以下的混淆矩阵，并求出平均可信度和加权可信度。类 别 1 2 3 4 5 12345其它类 4 2 8 3 5 象元数 135 276 463 178 30512、根据下图中两类地物在一维特征空间中的分布，画出最大似然法、最小距离法的判别边界并分析和比较它们的错分概率。第九章 遥感技术的应用名词解释：1、卫星影像地图 2、DRG 3、DLG 4、GIS 5、同轨立体影像 6、邻轨立体影像 7、沙尘暴 8、海洋赤潮 9、地质构造 10、植被指数 11、森林立地条件12、臭氧空洞 13、土壤侵蚀 14、遥感考古 15、蓝冰填空题：1、 利用遥感图像修测地形图，修测的主要内容有 等。2、遥感图像制作影像图时控制点来源有 等。3、森林立地因子包括 等。4、多时遥感影像监测冰川流速的步骤是 等。选择题：(单项或多项选择) 1、 分辨率30米的TM影像，按规范要求的平面精度（图上5mm），适合制作哪种比例尺的影像图 ①1：10000 ②1：100000 ③1：500000。2、 按规范要求的平面精度制作卫星影像图，选控制点用的地形图比例尺，应比影像图的比例尺 ①大一个等级 ②小一个等级。问答题：1、 举例说明制作不同比例尺卫星影像地图时怎样选择遥感图像？2、 叙述遥感监测南极冰川流速和流量的基本方法。3、 中国南方草场三级分类的内容是什么？TM影像可能提取出哪些信息？4、 叙述遥感调查中国南方草场资源的基本方法。5、 叙
遥感图像处理方法研究论集了解更多的
森林资源调查中SPOT5遥感图像处理方法探讨 王照利、黄生、张敏中、马胜利 （国家林业局西北林业规划设计院，遥感计算中心，西安710048） 本文发表于＜陕西林业科技＞2005 N1 P27-29,55 摘要： 目前，多光谱、高空间分辨率的SPOT5卫星遥感数据被广泛应用到森林资源调查中。本文结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的处理和信息提取。探讨性地提出了适应于森林资源调查的SPOT5遥感数据处理方法。 关键词：SPOT5 遥感数据，森林资源调查、数据处理 DISCUSSION ON SPOT5 IMAGE DATA PROCESSING FOR FOREST INVENTORY Wang Zhaoli, Huangsheng,Zhangminzhong,Ma Shengli (Northwest Institute for Forest Inventory, Planning &Design, Xi’an China 710048) Abstract: Now days, high spatial resolution and multispectral SPOT5 image data are widely applied in forest inventory in C Based on the characteristics of SPOT5 image and requirements of forest inventory, this paper discusses the processing procedures of ordering image data, ortho-rectification, image bands composition and image data The complete steps of image processing for forest inventory are Key words: SPOT5 image data，forest inventory, data processing 前言 卫星遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率（光谱和空间）、多时相、周期性、信息量丰富等特点，所以卫星遥感影像既可以提供森林资源的宏观空间分布信息又能提供局部的详细信息以及随时间、空间变化的信息等[1]。目前在林业领域卫星遥感数据被广泛的应用于不同尺度层次的森林资源调查、资源监测、病虫害、火灾监测等方面。 2002年5月法国SPOT地球观测卫星系列之5号卫星（即SPOT5星）发射。SPOT5遥感数据的多光谱波段空间分辨率为10米（短波红外空间分辨率为20米），但全色波段空间分辨率达到5米。SPOT5遥感数据的高空间分辨率和多光谱分辨率为森林资源调查提供了丰富的、可靠的、高精度的基础数据源。从性价比分析，在其他高分辨率遥感数据目前比较昂贵的状况下，SPOT5遥感数据比较适宜应用于大面积的森林资源调查，可大幅度的森林调查的减少外业工作量、提高工作效率。在我国SPOT5卫星数据已被大量地应用于森林资源调查工作中，尤其，是在森林资源“二类”调查中被作基本的森林资源信息源提取各类信息。针对于将多光谱分辨率和高空间分辨率的SPOT5遥感数据应用于森林资源调查的数据处理技术和方法鲜有报道。本文总结工作实践，结合SPOT5遥感数据的特点，根据森林资源调查的需要，从遥感数据的订购、正射校正、波段组合、融合处理和数据变换处理等方面探讨了SPOT5数据的基本处理方法。 1．SPOT5卫星遥感数据特点 SPOT卫星系统采用线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转式平面镜可以进行倾斜观察获得倾斜图像和立体像对。采用与太阳同步的近极地的椭圆形轨道，轨道高度约832Km，轨道倾角7o ，每天绕地球14圈多，重复覆盖周期26天[2]。由于有倾斜观测功能，使重复覆盖周期减少到2-3天。SPOT5卫星载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像装置（HRS）和1台宽视域植被探测仪（VGT）。高分辨率几何成像仪的波段选择是总结了多年的研究成果，认为HRG的波段设置（见表1）足以取得辨别作物和植被类型的最佳效果。本文主要探讨HRG高空间分辨率数据的处理。 2．SPOT5数据的处理方法和过程 SPOT5数据处理工作流程： 1 遥感数据的订购 订购数据时，用户需向数据代理商提供购买区域的四个角的大地坐标或者数据的景号（PATH/ROW）。特别应该注意数据订购时间和用户拿到数据之间有时间差，间隔时间长短因用户的要求、天气、卫星重复覆盖周期而异。相对于其他卫星数据，比较有利的一面是SPOT5卫星装置有旋转式平面镜可以进行倾斜观察，用户可向代理商申请红色编程提前得到调查区域的遥感数据，但要支付编程费。对于遥感数据的时相、云量、入射角、阴影量、是否购买高空间分辨率的全色波段等用户根据自己具体的工作需要向代理商提出限制要求。 根据我们对SPOT5遥感数据的使用，对于森林资源调查，北方9，10月份和11月初的遥感影像比较适宜。代理商向用户提供经过处理的不同级别的影像产品，在森林资源调查中建议购买SPOT1A级产品，用户可根据自己的工作需要进行处理，同时也可减少费用。 2 基础数据准备 大比例尺地形图和高精度DEM是进行SPOT5遥感数据高精度正射校正必需的基础地理数据。建议购买1：10000地形图和1：25000数字高程模型（DEM）。 将1：1万地形图扫描，扫描分辨率设置为300DPI。将扫描好的地形图进行几何精纠正，纠正精度控制在3毫米内。从测绘部门购买的1：1万地形图为北京54坐标系3度分带高斯克吕格投影，而1：5万DEM为北京54坐标系6度分带投影。在数据准备时，将校正好的1：1万地形图通过换带转换转成和DEM一致的6度分带投影。 对于没有1：1万地形图的地区，建议使用差分GPS接收机采集地面控制点。 3几何正射校正 正射校正过程应用了法国SPOT公司发行的GEOIMAGE软件。GEOIMAGE软件有针对SPOT5卫星数据开发的SPOT5物理模型。模型模块自动读取DEM信息。SPOT 物理模型可读取卫星在获取遥感数据的瞬间状态参数，这些参数存贮在数据的头文件中[3]。卫星状态参数包括：卫星成像瞬间的经纬度、高度、倾角等。卫星状态参数能够帮助提高几何校正的精度。 以校正好的1：1万地形图为基准，在影像图上找出和地形图上地物相匹配的明显地物作为地面控制点。在进行正射校正时，应先进行全色波段数据校正，然后以校正好的全色波段数据为基准进行多光谱数据校正。以全色波段数据为基准校正多光谱波段就比较容易校正，且能提高两者的匹配精度。地面控制点应分布均匀，影像的边缘部分布要有控制点分布，同时在不同的高程范围最好都有控制点。地面控制点的数量因地形地貌的复杂程度而定，根据我们的经验，一景60KmX60Km的SPOT5数据，一般地势平缓的地区20个左右控制点即可达到满意的结果，在高山区25个左右控制点就可使正射校正精度满足要求。重采样方法采用双线性内插法。 4 辐射校正 用户购买的SPOT5的各级数据，数据提供商已经根据卫星的记录参数对遥感数据做了辐射校正，即消除了传感器自身引起的、大气辐射引起的辐射噪声。若果影像存在薄雾或地形高差较大引起的辐射误差情况，用户应进一步进行辐射校正处理。薄雾的简单消除原理是基于近红外波段不受大气辐射影响，清澈的水体或死阴影区的数值应为零。从各波段数据中减去近红外波段的水体或阴影的不为零值。地形起伏引起的辐射误差校正公式: f (x,y)=g(x,y)/cosa，g(x,y)为坡度为a的倾斜面上的地物影像；f (x,y)为校正后的影像。由于坡度因子参与校正所以需要DEM支持。 5 波段组合 根据SPOT5数据波谱特征（表1），各波段分别记录反映了植被的不同特征方面：B4（SWIR）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感。经过比较分析和实际应用发现SPOT5的B3、B4、B2波段组合对植被类型的识别要优于B3、B2和B1的组合。但由于B4波段的空间分辨率为20米，使B342组合对植被空间几何细节表达没有B321组合清晰，例如林缘界线信息表达方面B321要优于B342。 6 影像数据融合 对于购买有高空间分辨率全色波段数据的用户，进行数据融合是必不可少的。影像数据融合能够综合不同波段、不同空间分辨率数据（层）的特征，融合后的数据具有更丰富、更可靠的信息[4]。 根据影像数据融合的水平阶段，影像融合分为：像元级、特征级和决策级三个层次。为了最大限度的从SPOT5遥感数据中提取森林植被信息，应进行像元级的数据融合，将5米的全色波段和10米多光谱数据进行融合。融合得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱特征。 像元级数据融合的方法多种多样，根据数据融合的目的，即最大限度的突显森林植被信息，应选取B4、B3、B2和PAN波段，根据我们的试验Brovey 融合算法方法比较理想： 7遥感影像地图 将融合好的数据按Rfused、Gfused、Bfused组合，叠加上行政界线、公里格网、坐标、比例尺等辅助信息，按1：1万地形图分幅生成1：1万纸质图作为外业手图。 结果和讨论 1 几何精度 利用SPOT5物理模型，采用1：1万地形图和5万DEM ，经过正射校正处理，可使影像的几何精度控制在2个像元内（<10米）,达到1：1万制图标准要求。为以遥感影像为基础信息源提取林分调查因子、区划林班界线生成大比例尺的林相图、森林分布图提供了几何精度保障。 2 波段选择 对于没有全色波段的情况，SPOT5数据的B342组合有利于森林植被类型的识别。在应用遥感技术进行森林资源调查区划中，林分类型信息提取是最为重要的环节，所以B342波段组合是小班区划和外业手图的最佳组合。 3 融合效果 融合数据技术使SPOT5遥感影像既具有全色波段的高空间分辨率又拥有多光谱数据的光谱分辨率，丰富了遥感影像的信息量。采用Brovey算法使SPOT5遥感影像从色彩、纹理等方面增强了影像的可判读性，提高了小班因子正判率和林分小班的区划精度。 参考文献 1．周成虎，杨晓梅，骆剑承等《遥感影像地学理解与分析》，科学出版社，北京，2001，3- 2．赵英时《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，北京，88-90 3．北京视宝卫星图像有限公司《专业制图工作室GEOIMAGE用户指南》，2004，68- 4．Christine P Geometric Aspects of Multisensor Image Fusion for Topographic Map Updating in The Humid Tropics, ITC Publication, 1996,51- 21世纪遥感与GIS的发展 来源： 李德仁 时间： 2005-08-11-23:09 浏览次数: 79 21世纪遥感与GIS的发展 李德仁 （武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞瑜路129号，430079） 摘要：在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测，并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上，为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中，遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为一门科学、技术和经济实体。本文深入地论述了21世纪中遥感的6大发展趋势和GIS的5个发展特征。 关键词：发展趋势；航空航天遥感；地理信息系统；对地观测 中图法分类号：P208；P9 随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。 1 遥感技术的主要发展趋势 1 航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率） 从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600—1000km）、太空飞船（200—300km）、航天飞机（240—350km）、探空火箭（200—1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。 卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的62m，高光谱分辨率已达到5—6nm，500—600个波段。在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1—3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。例如，美国宇航局的长远计划是要发射一系列太阳同步和地球同步的长波SAR,美国国防部则要发射一系列短波SAR，实现干涉重访问间隔为8d、3d和1d，空间分辨率分别为20m、5m和2m。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十五”期间，我国将全方位地推进遥感数据获取的手段，形成自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群。 2 航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制 确定影像目标的实地位置（三维坐标），解决影像目标在哪儿（Where）是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，利用DGPS和INS惯性导航系统的组合，可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置（POS），从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术的推广应用，将改变目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成，可实现实时三维测量（LIDAR），自动生成数字表面模型（DSM），并可推算出数字高程模型（DEM）。 美国NASA在1994年和1997年两次将航天激光测高仪（SLA）安装在航天飞机上，企图建立基于SLA的全球控制点数据库，激光点大小为100m，间隔为750m，每秒10个脉冲；随后又提出了地学激光测高系统（GLAS）计划，已于2002年12月19日将该卫星IICESat（cloud and land elevation satellite）发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS发射近红外光（1064nm）和可见绿光（532nm）的短脉冲（4ns）。激光脉冲频率为40次/s，激光点大小实地为70m，间隔为170m，其高程精度要明显高于SRTM，可望达到m级。他们的下一步计划是要在2015年之前使星载LIDAR的激光测高精度达到dm和cm级。 法国利用设在全球的54个站点向卫星发射信号，通过测定多普勒频移，以精确解求卫星的空间坐标，具有极高的精度。测定距地球1300km的Topex/Poseidon卫星的高度，精度达到±3cm。用来测定SPOT 4卫星的轨道，3个坐标方向达到±5cm精度，对于SPOT 5和Envisat，可望达到±1m精度。若忽略SPOT 5传感器的角元素，直接进行无地面控制的正射像片制作，精度可达到±15m，完全可以满足国家安全和西部开发的需求。 3 摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化 从影像数据中自动提取地物目标，解决它的属性和语义（What）是摄影测量与遥感的另一大任务。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像，也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。我国学者在这些方面取得了不少可喜的成果。 4 利用多时像影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化 利用遥感影像自动进行变化监测（What change）关系到我国的经济建设和国防建设。过去人工方法投入大，周期长。随着各类空间数据库的建立和大量新的影像数据源的出现，实时自动化监测已成为研究的一个热点。 自动变化监测研究包括利用新旧影像（DOM）的对比、新影像与旧数字地图（DLS）的对比来自动发现变化和更新数据库。目前的变化监测是先将新影像与旧影像（或数字地图）进行配准，然后再提取变化目标，这在精度、速度与自动化处理方面都有不足之处。笔者提出了把配准与变化监测同步的整体处理[1]。最理想的方法是将影像目标三维重建与变化监测一起进行，实现三维变化监测和自动更新。进一步的发展则是利用智能传感器，将数据处理在轨完成，发送回来的直接为信息，而不一定为影像数据。 5 摄影测量与遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用 “数字地球”概念是在全球信息化浪潮推进下形成的。1999年12月在北京成功地召开了第一届国际“数字地球”大会后，我国正积极推进“数字中国”和“数字省市”的建设，2001年国家测绘局完成了构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略研究。在已完成1∶100万和1∶25万全国空间数据库的基础上，2001年全国各省市测绘局开始1∶5万空间数据库的建库工作。在这个数据量达11TB的巨型数据库中，摄影测量与遥感将用来建设DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和CP（控制点数据库）。如果要建立全国1m分辨率影像数据库，其数据量将达到60TB。如果整个“数字地球”均达到1m分辨率，其数据量之大可想而知。本世纪内可望建成这一分辨率的数字地球。 “数字文化遗产”是目前联合国和许多国家关心的一个问题，涉及到近景成像、计算机视觉和虚拟现实技术。在近景成像和近景三位量测方面，有室内各种三维激光扫描与成像仪器，还可以直接由视频摄像机的系列图像获取目标场三维重建信息。它们所获取的数据经过计算机自动处理后，可以在虚拟现实技术支持下形成文化遗迹的三维仿真，而且可以按照时间序列，将历史文化在时间隧道中再现，对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。 6 全定量化遥感方法将走向实用 从遥感科学的本质讲，通过对地球表层（包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈4大圈层）的遥感，其目的是为了获得有关地物目标的几何与物理特性，所以需要通过全定量化遥感方法进行反演。几何方程式是有显式表示的数学方程，而物理方程一直是隐式。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，相信在21世纪，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化，遥感基础理论研究将迈上新的台阶。只有实现了遥感定量化，才可能真正实现自动化和实时化。 2 GIS技术的主要发展趋势 1 空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象[2] GIS发展曾经历过栅格、矢量两个不同数据结构发展阶段，目前随着高分辨率卫星遥感数据的飞快增长和数字地球、数码城市的需求，形成了面向对象的数据模型和三库（图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库）一体化的数据结构。这样的数据库结构使GIS的发展更加趋向自然化、逼真化，更加贴近用户。以面向应用的GIS软件为前台，以大型关系数据库（Oracle 8i,9i等)为后台数据库管理，成为当前GIS技术的主流趋势。 2 空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多位和实时三维可视化 在传统的GIS中，空间数据是以二维形式存储并挂接相应的属性数据。目前，空间数据表达的趋势是基于金字塔和LOD（level of detail）技术的多比例尺空间数据库，在不同尺度表示时可自动显示出相应比例尺或相应分辨率的数据，多比例尺数据集的跨度要比传统地图的比例尺大，在显示不同比例尺数据时，可采用LOD或地图综合技术。真三维GIS的空间数据要存储三维坐标。动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化监测中已有较好的应用，真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段。基于三库一体化的时空3D可视化技术发展势头迅猛，已能再PC机上实现GIS环境下的三维建筑物室外室内漫游、信息查询、空间分析、剖面分析和阴影分析等，基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外，可以同时拥有一个Cyber空间。 3 空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识 GIS是以应用导向的空间信息技术，空间分析与辅助决策支持是GIS的高水平应用，它需要基于知识的智能系统。知识的获取是专家系统中最困难的任务。随着各种类型数据库的建立，从数据库中挖掘知识成为当今计算机界一个非常引人注目的课题。从GIS空间数据库中发现的知识可以有效的支持遥感图像解译，以解决“同物异谱”和“同谱异物”的问题。反过来，从属性数据库中挖掘的知识又具有优化资源配置等一些列空间分析的功能[3]。尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段，但随着数据库的快速增大和对数据挖掘工具的深入研究，其应用前景是不可估量的。 4 通过Web服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究及地学信息服务事业 随着计算机通讯网络（包括有线和无线网）的大容量和高速化，GIS已成为在网络上的分布式异构系统。许多不同单位、不同组织维护管理的既独立又互联互用的联邦数据库，将可提供全社会各行各业的应用需要。因此，联邦数据库和互操作（federal databases & interoperability）问题成为当前国际GIS联合研究的一个热点。互操作意味着数据库中数据的直接共享，GIS规律功能模块的互操作与共享，以及多点之间的相同工作，这方面的研究已显示出明显的成效。未来的GIS用户将可能在网络上缴纳为其需要所选用数据和软件功能模块的使用费，而不必购买这个数据库和整套的GIS软硬件，这些成果产生的直接效果是GIS应用将走向地学信息服务。 目前已兴起的LBS和MLS，即基于位置的服务和移动定位服务，突出地反映了这种变化趋势。它引起的革命性变化使GIS将走出研究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。我国目前已有2亿个手机用户，若每人每月为MLS支付10元费用，全国一年的产值将达到240亿。可以预测在不久的将来，地学信息将能随时随地为任何人和任何事情进行4A服务（geo-in-formation for anyone and anything at anywhere and anytime）。 5 地理信息科学的研究有望在本世纪形成较完整的理论框架体系 笔者曾扼要地叙述了地球空间信息科学的7大理论问题[4]：（1）地球空间信息的基准，包括几何基准、物理基准和时间基准；（2）地球空间信息标准，包括空间数据采集、存储与交换标准、空间数据精度与质量标准、空间信息的分类与代码标准、空间信息的安全
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遥感原理与应用第一章 电磁波及遥感物理基础名词解释：1、 遥感 2、遥感技术 3、电磁波 4、电磁波谱 5、绝对黑体 6、绝对白体7、灰体 8、绝对温度 9、辐射温度 10、光谱辐射通量密度 11、大气窗口12、发射率 13、热惯量 14、热容量 15、光谱反射率 16、光谱反射特性曲线 填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由 、 、 、 、 、 、 等组成。2、绝对黑体辐射通量密度是 和 的函数。3、一般物体的总辐射通量密度与 和 成正比关系。4、维恩位移定律表明绝对黑体的 乘 是常数8。当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向 方向移动。5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 μm选择题：(单项或多项选择)1、 绝对黑体的 ①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。2、 物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系 ①反射率 ②发射率 ③物体温度一次方 ④物体温度二次方 ⑤物体温度三次方 ⑥物体温度四次方。3、 大气窗口是指 ①没有云的天空区域 ②电磁波能穿过大气层的局部天空区域 ③电磁波能穿过大气的电磁波谱段 ④没有障碍物阻挡的天空区域。4、 大气瑞利散射①与波长的一次方成正比关系 ②与波长的一次方成反比关系 ③与波长的二次方成正比关系 ④与波长的二次方成反比关系 ⑤与波长的四次方成正比关系 ⑥与波长的四次方成反比关系 ⑦与波长无关。5、 大气米氏散射 ①与波长的一次方成正比关系 ②与波长的一次方成反比关系 ③与波长无关。问答题：1、 电磁波谱由哪些不同特性的电磁波组成？它们有哪些不同点，又有哪些共性？2、 物体辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？3、 叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。4、 地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？5、 何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。6、 传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？第二章 遥感平台及运行特点名词解释：1、 遥感平台 2、遥感传感器 3、卫星轨道参数 4、升交点赤经 5、轨道倾角6、近地点角距 7、地心直角坐标系 8、大地地心直角坐标系 9、卫星姿态角10、开普勒第三定理 11、重复周期 12、近圆形轨道 13、与太阳同步轨道14、近极地轨道 15、偏移系数 16、GPS 17、ERTS_1 18、LANDSAT_1 19、SPOT 20、IRS 21、CBERS 22、ZY_1 23、Space Shuttle 24、MODIS 25、IKONOS 26、Quick Bird 27、Radarsat 28、ERS 29、小卫星填空题：1、遥感卫星轨道的四大特点 。2、卫星轨道参数有 。3、卫星姿态角是 。4、遥感平台的种类可分为 、 、 三类。5、卫星姿态角可用 、 、 等 方法测定。6、与太阳同步轨道有利于 。7、LANDSAT系列卫星带有TM探测器的是 ；带有TM探测器的是 。8、SPOT系列卫星可产生异轨立体影像的是 ；可产生同轨立体影像的是 。9、ZY-1卫星空间分辨率为 。10、美国高分辨率民用卫星有 。11、小卫星主要特点包括 。12、可构成相干雷达影像的欧空局卫星是 。选择题：(单项或多项选择)1、 卫星轨道的升交点和降交点是卫星轨道与地球①黄道面的交点②地球赤道面的交点③地球子午面的交点。2、 卫星与太阳同步轨道指①卫星运行周期等于地球的公转周期②卫星运行周期等于地球的自转周期③卫星轨道面朝向太阳的角度保持不变。3、 卫星重复周期是卫星①获取同一地区影像的时间间隔②经过地面同一地点上空的间隔时间③卫星绕地球一周的时间。4、 以下哪种仪器可用作遥感卫星的姿态测量仪①AMS②TM③HRV④GPS⑤星相机。5、 问答题：1、 根据Landsat-1的运行周期，求该卫星的轨道高度。2、 根据Landsat-4/5的运行周期、重复周期和偏移系数，通过计算排出其轨道（赤道处）的分布图。3、 以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。4、 叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。5、 获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。6、 简述遥感平台的发展趋势。7、 LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章 遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器 2、探测器 3、致冷器 4、红外扫描仪 5、多光谱扫描仪6、推扫式成像仪 7、成像光谱仪 8、瞬时视场 9、MSS 10、TM 11、HRV 12、SAR 14、INSAR 15、CCD 16、真实孔径侧视雷达17、合成孔径侧视雷达18、全景畸变 19、动态全景畸变 20、 静态全景畸变 21、距离分辨率22、方位分辨率23、雷达盲区24、角隅反射 25、粗加工产品 26、精加工产品27、多中心投影 28、多中心斜距投影填空题：1、MODIS影像含有 个波段,其中250米分辨率的包括 波段。2、RADARSAT-1卫星空间分辨率最高可达 ,共有 种工作模式。3、多极化的卫星为 。4、目前遥感中使用的传感器大体上可分为 等几种。5、遥感传感器大体上包括 几部份。6、MSS成像板上有 个探测单元;TM有 个探测单元。7、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是 ,其空间分辨率为 。8、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的 分辨率。9、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以 变化，y方向以 变化。10、实现扫描线衔接应满足 。选择题：(单项或多项选择)1、 全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。2、 全景畸变引起的影像比例尺变化在Y方向①与COSθ成正比②与COSθ成反比③与COS²θ成正比④与COS²θ成反比。3、 TM专题制图仪有① 4个波段②6个波段③7个波段④9个波段。4、 TM专题制图仪每次同时扫描①6条扫描线②12条扫描线③16条扫描线④20条扫描线。5、 HRV成像仪获得的影像①有全景畸变②没有全景畸变。6、 SPOT卫星获取邻轨立体影像时，HRV中的平面镜最大可侧旋①10º②16º③27º④32º。7、真实孔径侧视雷达的距离分辨率与①天线孔径有关②脉冲宽度有关③发射的频率有关。7、 径侧视雷达的方位分辨率与①天线孔径有关②天线孔径无关③斜距有关④斜距无关。问答题：1、叙述侧视雷达图像的影像特征2、MSS、TM、ETM+影像各有何特点？3、有哪几种方法可以获得多光谱摄影影像？4、对物面扫描的成像仪为什么会产生全景畸变？扫描角为θ时的影像的畸变多大？5、叙述Landsat-1上的MSS多光谱扫描仪获取全球（南北纬度81°之间）表面影像的过程。6、TM专题制图仪与MSS多光谱扫描仪有何不同？7、SPOT卫星上的HRV推扫式扫描仪与TM专题制图仪有何不同？8、侧视雷达影像的分辨力、比例尺、投影性质和投影差与中心投影航空或航天像片影像有何不同？9、侧视雷达为什么要往飞机侧方发射脉冲并接收其回波成像？如果向飞机或卫星正下方发射脉冲并接收回波成像会是什么情景？10、简述INSAR测量高程的基本原理。第四章 遥感图像数字处理的基础知识名词解释：1、光学影像 2、数字影像 3、空间域图像 4、频率域图像 5、图像采样6、灰度量化7、BSQ 8、BIL 9、BMP 10、TIFF 11、ERDAS 12、PCI 13、3S集成填空题：1、光学图像是一个 函数。2、数字图像是一个 函数。3、光学图像转换成数字影像的过程包括 等步骤。4、图像数字化中采样间隔取决于图像的 ，应满足 （公式）。5、一般图像都由不同的 、 、 、 的周期性函数构成。6、3S集成一般指 、 和 的集成。选择题：(单项或多项选择)1、 数字图像的①空间坐标是离散的，灰度是连续的②灰度是离散的，空间坐标是连续的③两者都是连续的④两者都是离散的。2、 采样是对图像①取地类的样本②空间坐标离散化③灰度离散化。3、 量化是对图像①空间坐标离散化②灰度离散化③以上两者。4、 图像数字化时最佳采样间隔的大小①任意确定②取决于图像频谱的截止频率③依据成图比例尺而定。5、 图像灰度量化用6比特编码时，量化等级为①32个②64个③128个④256个。6、 BSQ是数字图像的①连续记录格式②行、波段交叉记录格式③象元、波段交叉记录格式。问答题：1、 叙述光学影像与数字影像的关系和不同点。2、 怎样才能将光学影像变成数字影像。3、 叙述空间域图像与频率域图像的关系和不同点。4、 叙述储存遥感图像有哪几种方法，列举2—3种数字图像存储格式，并说明其特点。5、叙述3S集成的形式和作用。第五章 遥感图像几何处理名词解释：1、 共线方程2、外方位元3、像点位移4、几何变形5、几何校正6、粗加工处理7、精加工处理8、多项式纠正9、间接法纠正10、直接法纠正11、灰度重采样12、最邻近像元重采样13、双线性内插14、双三次卷积15、图像配准16、数字镶嵌17、数字地面模型18、正射影像19、地理编码图象 20、DEM填空题：1、 分别写出中心投影，推扫式传感器（旁向，航向倾斜），扫描式传感器的共线方程表达式 ， ， ， 。2、 遥感图像的变形误差可以分为 和 ，又可以分为 和 。3、 外部误差是指在 处于正常的工作状态下，由 所引起的误差。包括 ， ， ， 等因素引起的变形误差。4、 传感器的六个外方位元素中 的变化对图像的综合影响使图像产生线性变化，而 使图像产生非线性变形。 5、 地球自转对于多中心投影影像产生像点位移在 方向上，位移量bb’= 。6、 TM卫星图像的粗纠正使用的参数有 ， ， ， 纠正的变形有 ， 。7、 遥感图像几何纠正的常用方法有 ， ， 。8、 多项式拟合法纠正中，项数N与其阶数n的关系 。9、 多项式拟合法纠正中，一次项纠正 ，二次项纠正 ，三次项纠正 。10、项式拟合法纠正中控制点的要求是 ， ， 。11、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要 个控制点，二次项最少项需要 个控制点，三次项最少需要 个控制点。12、SPOT图像采用共线方程纠正时需要 ，有 未知参数，最少需要 个控制点。13、常用的灰度采样方法有 ， ， 。14、数字图象配准的方式有 ， 。15、数字图像镶嵌的关键 ， ， 。16、在姿态角都为0的情况下，中心投影像片的投影差为 ，推扫式影像（HRV）的投影差为 ，扫描仪影像（MSS）的投影差 ，侧视雷达影像（SAR）的投影差 。17、灰度采样中，双线性内插的权矩阵采用 函数求取， 双三卷积的权矩阵采用 函数求取。选择题：(单项或多项选择)1、 垂直航线方向距离越远比例尺越小的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。2、 垂直航线方向距离越远比例尺越大的影像是①中心投影影像②推扫式影像（如SPOT影像）③逐点扫描式影像（如TM影像）④真实孔径侧视雷达影像。3、 真实孔径天线侧视雷达影像上高出地面的物点其象点位移（投影差）①向底点方向位移②背向底点方向位移③不位移。4、 逐点扫描式影像（如TM影像）上高差引起的像点位移（投影差）发生在①像底点的辐射方向②扫描方向。5、 多项式纠正用一次项时必须有①1个控制点②2个控制点③3个控制点④4个控制点。6、 多项式纠正用二次项时必须有①3个控制点②4个控制点③5个控制点④6个控制点。7、 多项式纠正用一次项可以改正图像的①线性变形误差②非线性变形误差③前两者。8、 共线方程的几何意义是在任何情况下①像主点、像底点和等角点在一直线上②像点、物点和投影中心在一直线上③ 主点、灭点和像点在一直线上。问答题：1． 叙述中心投影的航空像片,MSS多光谱扫描仪影像,SPOT的HRV推扫式影像和真实孔径侧视雷达图像的几何特征。2． 列出中心投影影像、推扫式影像（旁向和航向）、逐点扫描影像和侧视雷达影像的构像方程和共线方程表达式。3． 列出中心投影影像、推扫式影像、逐点扫描影像和侧视雷达影像的投影差公式，并说明投影差产生的像点位移各自不同点。 已知中心投影影像姿态产生的变形误差公式为推导出推扫式影像、逐点扫描影像和侧视雷达影像的像点位移公式。5． 叙述最邻近法、双线性内插、双三次卷积重采样原理（可作图说明）和优缺点。6． 两幅影像进行数字镶嵌应解决哪些关键问题？解决的基本方法是什么？7． 叙述多项式拟合法纠正卫星图像的原理和步骤。8． 多项式拟合法选用一次项、二次项和三次项，各纠正遥感图像中的哪些变形误差？9． 多项式拟合法平差后精度应控制在什么范围内？超限了怎么办？10．叙述共线方程法纠正SPOT卫星图像的原理和步骤。11．在几何纠正的重采样中，内插像元4*4图像亮度值矩阵为：在间接法纠正过程中，某地面点反算到原始像点的坐标值为（6 ,4）,利用最邻近法和双线性内插法求像点的亮度值。12．叙述数字图像镶嵌的过程。13．画出各个外方位元素变化引起的图形变化情况第六章 遥感图像辐射处理名词解释：1、辐射误差2、辐射定标3、大气校正4、图像增强 5、图像直方图 6、假彩色合成 7、密度分割 8、真彩色合成 9、假彩色合成 10、伪彩色图像 11、图像平滑 12、图像锐化 13、边缘检测 14、低通滤波 15、高通滤波 17、图像融合 18、直方图正态化 19、梯度算子 20、线性拉伸 21、拉氏算子 22、直方图均衡 23、邻域法处理 填空题：1、辐射传输方程可以知道，辐射误差主要有 ， ， 。2、常用的图像增强处理技术有 ， 。3、增强的常用方法有 ， ， ， ， ， ， 等。子4、直方图均衡效果 ， ， 。5、3*3的拉普拉斯算子 。6、图像平滑和锐化的关系 。 7、NDVI= 。8、图像融合的层次 ， ， 。9、HIS中的H指 ，I指 ， S指 。 图像融合的常用算法 ， ， ， ， 等。选择题：(单项或多项选择)1、 图像增强的目的① 增加信息量②改善目视判读效果。2、 图像增强①只能在空间域中进行②只能在频率域中进行③可在两者中进行。3、 从图面上看直方图均衡后的效果是①增强了占图面面积小的灰度(地物)与周围地物的反差②减弱甚至于淹没了占图面面积小的灰度(地物)与周围地物的反差③增强了占图面面积大的灰度(地物)与周围地物的反差④减弱占图面面积大的灰度(地物)与周围地物的反差。4、 标准假彩色合成(如TM4、3、2合成)的卫星影像上大多数植被的颜色是①绿色②红色③蓝色。5、 图像边缘增强采用①低通滤波②高通滤波。6、 消弱图像噪声采用①低通滤波②高通滤波。7、 图像融合前必须先进行①图像配准②图像增强③图像分类。8、 图像融合①必须在相同分辨率图像间进行②只能在同一传感器的图像间进行③可在不同分辨率图像间进行④可在不同传感器的图像间进行⑤只限于遥感图像间进行⑥可在遥感图像和非遥感图像间进行。 问答题：10、 根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面，辐射误差及辐射误差纠正内容是什么，11、 简述遥感数字影像增强处理的目的，例举一种增强处理方法，说明其原理和步骤。12、 什么是遥感图像大气校正？为什么要进行遥感图像大气校正？请以多光谱扫描仪（MSS）资料为例，说明大气校正的原理和方法。13、 以美国陆地卫星TM图像的波段为例，分别说明遥感图像的真彩色合成与假彩色合成方案。与真彩色合成图像相比，假彩色合成图像在地物识别上有何优越性？14、 叙述美国陆地卫星ETM图像分辨率30米的5、4、3波段影像与分辨率15米的全色影像进行融合的步骤和方法。15、 说明以下直方图的影像特征。第七章 遥感图像判读名词解释：1、遥感图像判读 2、景物特征 3、判读标志 4、几何分辨率 5、辐射分辨率6、光谱分辨率 7、时间分辨率 8、波谱响应曲线 9、热阴影 10、冷阴影11、雷达盲区 12、角隅反射 13、体散射 14、影像几何特性 15、影像辐射特性16、 地物光谱特征 17、地物空间特征 18、地物时间特征填空题：1、遥感图像信息提取中使用的景物特征有 。2、遥感图像空间特征的判读标志主要有 等。3、传感器特性对判读标志影响最大的是 等。4、光谱分辨率根据 三项指标来判定。5、热红外图像上的亮度与地物的 和 有关， 比 影响更大。6、 侧视雷达图像上的亮度变化与 等有关。选择题：(单项或多项选择) 1、 遥感图像的几何分辨率指 ①象元相应地面的宽度 ②传感器瞬时视场内观察到地面的宽度 ③能根据光谱特征判读出地物性质的最小单元的地面宽度。2、 热红外图像是 ①接收地物反射的红外光成的像 ②接收地物发射的红外光成的像。3、 热红外图像上的亮度与地物的 ①反射率大小有关 ②发射率大小有关 ③反射太阳光中的红外光强度有关 ④温度高低有关。4、 侧视雷达图像垂直飞行方向的比例尺 ①离底点近的比例尺大 ②离底点远的比例尺大 ③比例尺不变。问答题：1、 遥感图像判读主要应用景物的哪些特征？2、 何为传感器的空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率？3、 叙述TM多光谱图像的几何特征和辐射特征。4、 叙述地物光谱特性曲线与波谱响应曲线之间的关系和不同点？（可作图说明）5、 举例说明为什么多光谱图像比单波段图像能判读出更多的信息？6、 叙述热红外图像的几何特征和辐射特征。7、 叙述侧视雷达图像的几何特征和辐射特征。第八章 遥感图像自动识别分类名词解释：1、模式识别 2、遥感图像自动分类了 3、统计模式识别 4、结构模式识别5、光谱特征向量 6、特征空间 7、特征变换 8、特征选择 9、主分量变换10、哈达玛变换 11、穗帽变换 12、生物量指标变换 13、标准化距离14、类间离散度15、类间离散度16、类内离散度17、判别函数18、判别边界19、监督法分类20、非监督法分类21、条件概率22、先验概率23、后验概率24、贝叶斯判别规则25、马氏距离26、欧氏距离27、计程距离28、错分概率29、训练样区 30、最大似然法分类 31、最小距离法分类32、ISODATA法分类33、混淆矩阵填空题：1、遥感图像上的地物在特征空间聚类的一般特点是 等。2、特征变换在遥感图像分类中的作用是 。3、遥感图像特征变换的主要方法有 等。4、特征选择的目的是 。5、标准化距离的公式 。6、马氏距离公式 ，欧氏距离公式 ，计程距离公式 。7、最大似然法分类判别函数 。8、分类后处理主要包括 ， 。选择题：(单项或多项选择)1、 同类地物在特征空间聚在①同一点上②同一个区域③不同区域。2、 同类地物在特征空间聚类呈①随机分布②近似正态分布③均匀分布。3、 标准化距离大可以说明①类间离散度大，类内离散度也大②类间离散度小，类内离散度大③类间离散度大，和/或类内离散度小④类间离散度小，类内离散度也小。4、 监督分类方法是①先分类后识别的方法②边学习边分类的方法③人工干预和监督下的分类方法。5、 两类地物的最大似然法分类判别边界在①两类地物分布概率相等处②两类地物均值的中值位置③其中一类地物分布概率的最大处。6、 ISODATA法分类的样区①尽量选在同一类别中②尽量包含所需识别的类别③类别是已知的④类别是未知的。问答题：1、 什么叫特征空间？地物在特征空间聚类有哪些特性？2、 作图并说明遥感影像主分量变换的原理和它在遥感中的主要作用。3、 叙述生物量指标变换的原理及其作用。4、 为什么要进行特征选择？列举几种特征选择的主要方法和原理。5、 叙述监督分类与非监督分类的区别。6、 叙述最大似然法分类原理及存在的缺点。7、 叙述最小距离法分类的原理和步骤。8、 叙述ISODATA法非监督分类的原理和步骤。9、 叙述图像增强中的平滑处理与分类后的平滑处理的异同点。10、述改善仅用光谱特征的统计模式识别自动分类的主要方法和基本原理。11、评价以下的混淆矩阵，并求出平均可信度和加权可信度。类 别 1 2 3 4 5 12345其它类 4 2 8 3 5 象元数 135 276 463 178 30512、根据下图中两类地物在一维特征空间中的分布，画出最大似然法、最小距离法的判别边界并分析和比较它们的错分概率。第九章 遥感技术的应用名词解释：1、卫星影像地图 2、DRG 3、DLG 4、GIS 5、同轨立体影像 6、邻轨立体影像 7、沙尘暴 8、海洋赤潮 9、地质构造 10、植被指数 11、森林立地条件12、臭氧空洞 13、土壤侵蚀 14、遥感考古 15、蓝冰填空题：1、 利用遥感图像修测地形图，修测的主要内容有 等。2、遥感图像制作影像图时控制点来源有 等。3、森林立地因子包括 等。4、多时遥感影像监测冰川流速的步骤是 等。选择题：(单项或多项选择) 1、 分辨率30米的TM影像，按规范要求的平面精度（图上5mm），适合制作哪种比例尺的影像图 ①1：10000 ②1：100000 ③1：500000。2、 按规范要求的平面精度制作卫星影像图，选控制点用的地形图比例尺，应比影像图的比例尺 ①大一个等级 ②小一个等级。问答题：1、 举例说明制作不同比例尺卫星影像地图时怎样选择遥感图像？2、 叙述遥感监测南极冰川流速和流量的基本方法。3、 中国南方草场三级分类的内容是什么？TM影像可能提取出哪些信息？4、 叙述遥感调查中国南方草场资源的基本方法。5、 叙
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